impianto elettrico di base - Centro di Formazione Professionale "don

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INDICE
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE................................................................................................................................1
INDICE..........................................................................................................................................................................3
1.
LA STRUTTURA DELLA MATERIA............................................................................................................6
1.1.
L’ATOMO ................................................................................................................................................6
1.2.
CONDUTTORI ED ISOLANTI.................................................................................................................7
1.3.
LA RESISTENZA ELETTRICA ...............................................................................................................8
1.4.
CODICE COLORI DELLE RESISTENZE ...............................................................................................8
1.5.
RESISTENZE VARIABILI (POTENZIOMETRI) ....................................................................................11
1.5.1.
ESEMPIO DI POTENZIOMETRO ....................................................................................................12
1.6.
RESISTENZE VARIABILI CON LA TEMPERATURA (NTC e PTC) ....................................................13
1.7.
LA CORRENTE ELETTRICA................................................................................................................14
1.
SERBATOIO A ..........................................................................................................................................15
2.
SERBATOIO B ..........................................................................................................................................15
3.
CORRENTE ..............................................................................................................................................15
4.
POMPA .....................................................................................................................................................15
1.8.
LA TENSIONE ELETTRICA .................................................................................................................16
1.9.
GENERATORI DI TENSIONE: LA BATTERIA .....................................................................................18
ACCUMULATORI ...................................................................................................................................................19
1.10.
COMPONENTI DELL’ACCUMULATORE ............................................................................................20
1.11.
CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UN ACCUMULATORE...........................................................22
1.12.
FUNZIONAMENTO IDROMETRO OTTICO.........................................................................................24
1.13.
ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO DEGLI ACCUMULATORI ............................................................25
1.14.
GENERATORI DI TENSIONE: L’ALTERNATORE...............................................................................26
1.15.
LEGGE DI OHM....................................................................................................................................27
1.16.
CONCETTO DI CADUTA DI TENSIONE .............................................................................................29
1.17.
CONVENZIONE DEI GENERATORI ED UTILIZZATORI ....................................................................31
1.18.
COLLEGAMENTI SERIE E PARALLELO ............................................................................................32
1.18.1.
ESEMPIO TRATTO DA MANUALE DI ASSISTENZA TECNICA................................................34
1.19.
RETI ELETTRICHE: CONCETTO DI NODO E DI MAGLIA.................................................................35
1.20.
CONCETTO DI MASSA........................................................................................................................37
1.20.1.
MASSA NON PERFETTAMENTE COLLEGATA ........................................................................38
1.20.2.
MASSA STACCATA.....................................................................................................................39
1.20.3.
DIFFERENZE TRA MASSA E TERRA ........................................................................................40
1.21.
CONCETTO DI CORTOCIRCUITO E DI SOVRACCARICO ...............................................................41
2.
STRUMENTI PER MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE ...........................................................43
2.1.
IL MULTIMETRO ..................................................................................................................................44
2.2.
PINZA AMPEROMETRICA...................................................................................................................47
3.
FUNZIONI DEL MULTIMETRO ................................................................................................................50
3.1.
MISURE DI RESISTENZA - OHMETRO ..............................................................................................50
3.2.
VOLTMETRO - MISURE DI TENSIONE ..............................................................................................53
MISURE DI TENSIONE CONTINUA ...............................................................................................................54
3.3.
AMPEROMETRO – MISURE DI CORRENTE .....................................................................................57
3.4.
LA POTENZA ELETTRICA...................................................................................................................59
3.4.1.
ESEMPIO: LA LAMPADA.................................................................................................................60
3.4.2.
EFFETTO DELLA POTENZA ELETTRICA SUI CAVI .....................................................................61
4.
PRINCIPI DI ELETTROSTATICA .............................................................................................................62
4.1.
IL CAMPO ELETTRICO........................................................................................................................62
4.2.
IL CONDENSATORE............................................................................................................................63
4.2.1.
TIPOLOGIE DI CONDENSATORI....................................................................................................64
5.
PRINCIPI DI ELETTROMAGNETISMO....................................................................................................67
5.1.
IL MAGNETISMO NATURALE ...........................................................................................................67
5.2.
FORZE MAGNETICHE.........................................................................................................................68
5.3.
IL CAMPO MAGNETICO ....................................................................................................................69
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6.
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L’ELETTROMAGNETISMO...................................................................................................................... 70
6.1.1.
CAMPO MAGNETICO NEL SOLENOIDE....................................................................................... 72
6.2.
INDUZIONE ELETTROMAGNETICA .................................................................................................. 74
6.3.
RELÈ .................................................................................................................................................... 75
7.
IL TRASFORMATORE ............................................................................................................................. 76
7.1.
L’AUTOINDUZIONE E LA MUTUA INDUZIONE ................................................................................. 76
7.1.1.
ESEMPIO: LA BOBINA DI ACCENSIONE...................................................................................... 79
8.
GENERAZIONE DI TENSIONE ............................................................................................................... 80
9.
ALTERNATORE ....................................................................................................................................... 82
9.1.1.
REGOLATORE DI TENSIONE........................................................................................................ 90
9.2.
CARATTERISTICHE TECNICHE DEGLI ALTERNATORI.................................................................. 92
9.3.
ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO DEGLI ALTERNATORI ............................................................... 95
10.
GRANDEZZE CONTINUE ED ALTERNATE ........................................................................................... 96
10.1.1.
SEGNALE SINUSOIDALE .......................................................................................................... 97
ESEMPIO: IL SENSORE INDUTTIVO............................................................................................................ 98
11.
IL MOTORE ELETTRICO......................................................................................................................... 99
12.
MOTORINO DI AVVIAMENTO............................................................................................................... 101
12.1.1.
ELETTROMAGNETE ................................................................................................................ 102
12.1.2.
GRUPPO DI INNESTO PIGNONE............................................................................................ 104
12.1.3.
MOTORE ELETTRICO.............................................................................................................. 106
13.
L’IMPIANTO ELETTRICO DELL’AUTOVEICOLO ................................................................................. 114
14.
RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEGLI SCHEMI ELETTRICI .......................................................... 116
14.1.
TECNICHE RAPPRESENTATIVE STORICHE ................................................................................. 118
14.2.
NORME RAPPRESENTATIVE DEL GRUPPO FIAT ........................................................................ 119
15.
CODIFICA DI SEZIONE E SIMBOLO .................................................................................................... 120
15.1.1.
COMPONENTI E PIEDINATURA ............................................................................................. 121
15.2.
RIMANDI AD ALTRA SEZIONE......................................................................................................... 123
15.3.
VALIDITA’ DELLO SCHEMA ............................................................................................................. 124
15.4.
TOPOGRAFIA DEI COMPONENTI A BORDO ................................................................................. 125
LOGICA RAPPRESENTATIVA DI UNO SCHEMA ELETTRICO..................................................................... 126
16.
TECNICA DELL’IMPIANTO ELETTRICO TRADIZIONALE................................................................... 127
16.1.
PUNTI DI MASSA .............................................................................................................................. 128
DISPOSITIVI DI PROTEZIONE PASSIVA ALLE SOVRACORRENTI ................................................................ 130
16.2.
DIMENSIONAMENTO DELLE PROTEZIONI.................................................................................... 131
17.
FUSIBILI DI PROTEZIONE .................................................................................................................... 133
17.1.
CARATTERISTICHE TECNICHE DEI FUSIBILI ............................................................................... 133
17.2.
CABLAGGIO DELL’IMPIANTO.......................................................................................................... 135
18.
DISTRIBUZIONE DELLA POTENZA ELETTRICA ................................................................................ 136
18.1.
LA SICUREZZA DEGLI IMPIANTI ELETTRICI ................................................................................. 142
19.
RETE DI POTENZA ............................................................................................................................... 143
19.1.
ILLUMINAZIONE INTERNA............................................................................................................... 146
19.2.
ILLUMINAZIONE ESTERNA.............................................................................................................. 148
19.3.
GRUPPO OTTICO ANTERIORE ....................................................................................................... 150
19.4.
PROIETTORI ANABBAGLIANTI A SCARICA DI GAS...................................................................... 156
19.5.
Proiettori con lampade anabbaglianti / abbaglianti a scarica di gas .................................................. 160
19.6.
Luci Fendinebbia ................................................................................................................................ 161
19.7.
Gruppo ottico posteriore..................................................................................................................... 163
19.8.
Luce supplementare di arresto (terzo Stop)....................................................................................... 166
19.9.
Luci Targa .......................................................................................................................................... 167
19.10. Luci di direzione ................................................................................................................................. 168
20.
DISPOSITIVI AD AZIONAMENTO ELETTRICO.................................................................................... 171
20.1.
ALZACRISTALLI ................................................................................................................................ 171
20.1.1.
AZIONAMENTO ALZACRISTALLI ANTERIORI ....................................................................... 172
20.1.2.
AZIONAMENTO ALZACRISTALLI POSTERIORI .................................................................... 174
20.2.
AVVISATORI ACUSTICI.................................................................................................................... 176
21.
SISTEMI DI AVVIAMENTO,RICARICA E RAFFREDDAMENTO MOTORE ......................................... 177
21.1.1.
AVVIAMENTO MOTORE .......................................................................................................... 177
21.1.2.
CIRCUITO DI RICARICA .......................................................................................................... 180
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22.
23.
RAFFREDDAMENTO MOTORE ............................................................................................................184
LOGICHE DI FUNZIONAMENTO DELL’IMPIANTO ELETTRICO .........................................................189
23.1.1.
UTILIZZATORI ESCLUSI IN AVVIAMENTO .............................................................................189
23.1.2.
ALIMENTAZIONE DIRETTA DA BATTERIA .............................................................................189
23.1.3.
INSERZIONE UNIVOCA DEGLI UTILIZZATORI.......................................................................190
24.
TECNICA DEI MODERNI IMPIANTI ELETTRICI CON RETI CAN ........................................................192
25.
VERIFICHE ELEMENTARI DELL’IMPIANTO ELETTRICO ...................................................................196
25.1.
VERIFICHE DI ASSORBIMENTO DI CORRENTE ............................................................................203
26.
VERIFICHE DI CORTO CIRCUITO ........................................................................................................205
27.
INTERVENTI RIPARATIVI SULL’IMPIANTO .........................................................................................206
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1. LA STRUTTURA DELLA MATERIA
1.1.
L’ATOMO
PREMESSA:
Volendo fornire alcune semplici nozioni di elettricità, è necessario sapere che la materia è costituita
molecole e che queste possono essere formate da uno o più atomi.
materia
molecole
da
atomo
Struttura della materia.
COSTITUZIONE DELL’ATOMO:
Ogni atomo ha una parte centrale chiamata nucleo, costituito da protoni, particelle di carica positiva, e da
neutroni, particelle prive di carica. Protoni e neutroni non possono muoversi.
Intorno al nucleo, in zone periferiche (orbite) si trovano gli elettroni, particelle piccolissime con carica
negativa.
protoni
nucleo
neutroni
elettroni
Struttura dell’atomo.
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CARICA ELETTRICA:
La carica elettrica è una caratteristica di alcuni corpi tale da indurre delle forze di attrazione o repulsione tra
di essi. È importante sapere che cariche di uguale segno si respingono, mentre cariche di segno opposto si
attraggono.
La carica dell’elettrone è uguale a quella del protone, perciò un atomo è normalmente neutro.
-
+
cariche di segno opposto si attirano
+
+
cariche
di
respingono
segno
uguale
si
-
-
cariche
di
respingono
segno
uguale
si
Repulsione tra le cariche.
1.2.
CONDUTTORI ED ISOLANTI
CONDUTTORI:
I conduttori (rame, grafite, metalli in genere) sono materiali nei quali esistono elettroni liberi di muoversi.
ISOLANTI:
Gli isolanti sono materiali nei quali gli elettroni, a causa di fortissimi legami con il nucleo, non sono liberi di
muoversi.
SEMICONDUTTORI:
Esistono materiali, chiamati semiconduttori, che hanno caratteristiche intermedie fra quelle dei conduttori e
quelle degli isolanti.
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1.3.
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LA RESISTENZA ELETTRICA
CONCETTO DI RESISTENZA:
Gli elettroni, nel loro movimento lungo un conduttore trovano degli ostacoli, ossia una “resistenza” elettrica.
CARATTERISTICHE DEI CONDUTTORI:
La resistenza di un conduttore è tanto maggiore quanto maggiore è la sua lunghezza e quanto minore è la
sua sezione.
Ogni materiale presenta inoltre una certa resistività, che dipende dalla sua natura e rappresenta la facilità
con cui gli elettroni possono circolare.
ANALOGIA IDRAULICA:
Utilizziamo l’analogia idraulica per comprendere il concetto di resistenza elettrica.
L’acqua, nel suo percorso, incontra degli ostacoli che oppongono una certa resistenza al suo flusso.
ostacoli
Analogia idraulica della resistenza.
COMPONENTE
resistore
GRANDEZZA
SIMBOLO
UNITÁ DI
ELETTRICA
DELLA G.E.
MISURA
resistenza
R
ohm
c
1.4.
CODICE COLORI DELLE RESISTENZE
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SIMBOLO
DELLA
U. DI M.
[Ω]
SIMBOLI
GRAFICI
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PREMESSA:
Le resistenze che si trovano in commercio hanno la forma rappresentata in figura con alcune fasce colorate
che ne identificano il valore in ohm.
Schema delle fasce dei colori di una resistenza.
colore
Resistori per impieghi generici
N.
moltiplicatore
nero
0
0
-
marrone
1
10
±1%
rosso
2
100
±2%
arancio
3
1.000
-
giallo
4
10.000
-
verde
5
100.000
±0.5%
blu
6
1.000.000
±0.2%
viola
7
10.000.000
±0.1%
grigio
8
100.000.000
-
bianco
9
1.000.000.000
-
oro
-
-
±5%
argento
-
-
±10%
fasce:
AeB
C
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tolleranza
D
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CODICE COLORI:
Il significato delle fasce colorate è da interpretare nel seguente modo:
• le fasce sulla sinistra identificano il valore in ohm, quella sulla destra il valore di tolleranza che il costruttore
garantisce.
• le fasce sulla sinistra possono essere 3 o 4.
• nel caso di 3 fasce (come in figura) si devono interpretare così:
fascia A = prima cifra
fascia B = seconda cifra
fascia C = moltiplicatore
• nel caso di 4 fasce si devono interpretare così:
fascia A = prima cifra
fascia B = seconda cifra
fascia B” = terza cifra
fascia C = moltiplicatore
Quindi i resistori con 4 fasce hanno una indicazione più precisa del valore di resistenza in ohm.
ESEMPIO:
Analizziamo la seguente configurazione di fasce colorate:
ROSSO
– VERDE – ARANCIO ––––– ORO
rosso = 2
verde = 5
Î R = 2 5 * 103 = 25 kΩ
arancio = 3
oro = ±5%
Quindi la resistenza vale: R = 25 kΩ ± 5%.
Il costruttore ne garantisce un valore tra 23.75 kΩ e 26.25 kΩ.
APPLICAZIONI
Uno dei più semplici e comuni impieghi
elettrici dell’effetto resistivo è la lampada ad
incandescenza nella quale il filamento,
attraversato dalla corrente, si surriscalda
fino all’incandescenza.
Simbolo grafico
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1.5.
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RESISTENZE VARIABILI (POTENZIOMETRI)
PREMESSA:
Una delle caratteristiche dei materiali conduttori è quella della resistività (ρ) il cui significato è il seguente:
R =ρ⋅
L
S
Dove R è la resistenza, L la lunghezza ed S la sezione del conduttore.
Quindi dalla conoscenza della resistenza, della resistività e della sezione si può risalire alla lunghezza.
APPLICAZIONI:
Utilizzando un conduttore disposto come in figura ed una slitta che vi scorra sopra è possibile calcolare la
posizione angolare (α) della slitta conoscendo la resistenza (R) totale tra i poli.
Questo è quello che si chiama potenziometro e che nel settore veicolistico è usato come rilevatore della
posizione del pedale acceleratore.
Struttura di un potenziometro
Simboli
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Potenziometro per
impieghi generici
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1.5.1.
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ESEMPIO DI POTENZIOMETRO
1. Corpo del potenziometro.
2. Alberino rotante.
3. Contatti elettrici sulla pista.
Caratteristiche tecniche sensore Bosch
•
Tensione di alimentazione: 5V ± 0.3V
•
Resistenza a terminali cursori potenziometri: 1 Kohm ± 0.4 Kohm
•
•
Resistenza pista 1: 1.2 Kohm ± 0.4 Kohm
Resistenza pista 2: 1.7 Kohm ± 0.8 Kohm
Caratteristiche tecniche sensore Hella
• Tensione di alimentazione: 5V ± 0.3V
•
Resistenza a terminali cursori potenziometri: 1 Kohm ± 0.4 Kohm
•
Resistenza pista 1: 0.9 Kohm ± 35% ….1.4 Kohm ± 35%
•
Resistenza pista 2: 1.2 Kohm ± 35% ….2.0 Kohm ± 35%
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1.6.
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RESISTENZE VARIABILI CON LA TEMPERATURA (NTC e PTC)
Temperatura (C°)
Resistenza (Kohm)
-40
48,80
-30
27,41
-20
15,97
-10
9,62
0
5,97
10
3,81
20
2,5
30
1,68
40
1,15
50
0,81
60
0,58
70
0,42
80
0,31
90
0,23
100
0,18
110
0,14
120
0,11
130
0,08
PREMESSA: alcuni materiali conduttori hanno delle caratteristiche di resistività strettamente legate alla
temperatura.
CARATTERISTICHE: la variazione di resistività può avvenire nello stesso verso della variazione di
temperatura o in verso contrario, si parla quindi di coefficiente di temperatura positivo o negativo:
• PTC (Positive Temperature Coefficient).
• NTC (Negative Temperature Coefficient).
Il coefficiente di temperatura (k) ha il seguente significato:
R=k⋅T
e può essere espresso ad esempio in: [OHM/°C].
APPLICAZIONI: tra le applicazioni pratiche di questa caratteristica di alcuni resistori bisogna ricordare il
sensore di temperatura.
Questo sensore è in pratica costituito da un materiale resistivo solitamente avente coefficiente di
temperatura negativo (NTC).
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1.7.
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LA CORRENTE ELETTRICA
DEFINIZIONE: la corrente elettrica è costituita da un movimento ordinato di elettroni che percorrono la
sezione di un conduttore.
Questo movimento non si verifica spontaneamente, ma ha bisogno di una forma di energia che lo
provochi. I dispositivi che creano una differenza di potenziale capace di provocare questo spostamento di
elettroni (o flusso di corrente) sono detti generatori.
GRANDEZZA ELETTRICA: L’intensità della corrente rappresenta la quantità di cariche elettriche che
scorrono in un conduttore nell’unità di tempo.
Indicando con:
I l’intensità della corrente, espressa in Ampère(A)
Q la quantità di cariche elettriche (elettroni), espressa in Coulomb (C)
t il tempo, espresso in secondi (s)
avremo che:
I=Q
GRANDEZZA
SIMBOLO
UNITÁ DI
ELETTRICA
DELLA G.E.
MISURA
corrente
I
ampère
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t
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SIMBOLO
DELLA
U. DI M.
[A]
STRUMENTO DI
MISURA
amperometro
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ANALOGIA IDRAULICA:
Facendo analogia con l’idraulica, la corrente elettrica che circola in un circuito elettrico è paragonata al flusso
dell’acqua che scorre in una tubazione.
L’acqua contenuta nel bacino rappresenta la quantità di litri disponibile. La portata rappresenta il numero di
litri d’acqua che scorrono nella tubazione nell’unità di tempo.
Equivalente idraulico della corrente elettrica.
1. SERBATOIO A
2. SERBATOIO B
3. CORRENTE
4. POMPA
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1.8.
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LA TENSIONE ELETTRICA
1. SERBATOIO A
2. SERBATOIO B
3. SARACINESCA
4. TUBO
5. TURBINA
6. DISLIVELLO
7. POMPA
ANALOGIA IDRAULICA:
La tensione elettrica può essere paragonata alla differenza di livello tra l’acqua del bacino di una diga e
l’acqua a valle ed è anche la “forza” che spinge la corrente a circolare in un circuito elettrico.
Senza tensione non si può avere circolazione di corrente elettrica, ma la sola presenza di tensione non
genera forzatamente una corrente elettrica.
La tensione può essere definita in vari modi a seconda del contesto.
FORZA ELETTROMOTRICE:
Quando si parla della tensione di una batteria esclusa dall’impianto si parla di FORZA ELETTROMOTRICE
(f.e.m.).
Come una diga con le paratie chiuse non lascia cadere l’acqua da monte a valle anche se esiste una
differenza di livello, così, in un circuito elettrico aperto, esiste una forza elettromotrice ma non circola
corrente elettrica.
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DIFFERENZA DI POTENZIALE:
Quando si parla di tensione in un circuito elettrico sarebbe più corretto parlare di DIFFERENZA DI
POTENZIALE (d.d.p.) tra due punti del circuito stesso.
Non ha senso dire che in un punto di un circuito c’è una certa tensione senza dire rispetto a quale altro
punto si sta riferendo la misura.
Allo stesso modo in un circuito idraulico la pressione del fluido è definita quando si
stabilisce il dislivello tra il pelo del fluido nel serbatoio e lo sbocco del canale.
GRANDEZZA
SIMBOLO
UNITÁ DI
ELETTRICA
DELLA G.E.
MISURA
tensione
V
differenza di potenziale
d.d.p.
forza elettromotrice
f.e.m.
volt
SIMBOLO
DELLA
U. DI M.
[V]
STRUMENTO DI
MISURA
voltmetro
SIMBOLOGIA:La tensione elettrica si indica con la lettera V e con una freccia indicante il verso dal negativo
al positivo come in figura.
Nel caso di una comune batteria, indicato nella seguente figura, il polo positivo è quello che “attira” gli
elettroni mentre quello negativo è quello che li “respinge”. Quindi il verso di circolazione degli elettroni è
quello che esce dal polo positivo ed entra in quello negativo.
Batteria per autovettura
Convenzione del verso della corrente
CONVENZIONI: nella rappresentazione degli schemi elettrici si segue una notazione inversa. Cioè si usa
indicare il verso della corrente come uscente dal polo positivo della batteria come indicato in figura.
Questa convenzione ha origine dalle prime esperienze eseguite sulla generazione elettrolitica di corrente
elettrica.
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Nei generatori elettrici di tipo elettrolitico (ad esempio la pila di Volta) il movimento degli ioni nell’elettrolita
avviene dal polo negativo a quello positivo.
Questo movimento di ioni era perfettamente visibile anche ad occhio nudo e per questo motivo gli studiosi
associarono al movimento di ioni anche il flusso di corrente elettrica.
1.9.
GENERATORI DI TENSIONE: LA BATTERIA
Batteria al piombo ed equivalente idraulico di accumulatore.
PREMESSA:
Come si è gia avuto modo di vedere la tensione, la forza elettromotrice, la differenza di potenziale sono
grandezze elettriche in grado di indurre un moto ordinato di elettroni all’interno di un conduttore. Elenchiamo
ora quelli che sono i principali dispositivi in grado di generare queste “forze elettriche”.
LA BATTERIA:
La batteria, o accumulatore, è paragonabile ad un grande bacino idrico in grado di accumulare una grande
quantità di acqua. Nel caso elettrico la batteria è in grado di accumulare una grande quantità di cariche
elettriche (elettroni) e di conservarle finché si vuole.
Nel caso di accumulatori al piombo, come nel caso automobilistico, gli elettroni non restano imprigionati
all’interno del contenitore ma sono trasformati in una reazione chimica reversibile. Ciò vuol dire che durante
la fase di carica della batteria il passaggio di elettroni fa avvenire una reazione chimica, mentre durante la
fase di scarica è la reazione chimica che sprigiona elettroni.
CAPACITÁ DELLA BATTERIA:
Come già detto un accumulatore è caratterizzato dalla sua capacità. Nel caso veicolistico la capacità delle
batterie, solitamente al piombo, è espressa in:
Ah (Ampère ⋅ ora) ovvero Q = I ⋅ t
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Quando si parla di una batteria da 60Ah si vuole intendere che quell’accumulatore è in grado,
teoricamente, di fornire una corrente di 60A per un ora senza che la tensione ai suoi poli scenda al di sotto
di un prestabilito valore.
Nel caso di avviamento del veicolo si può ad esempio avere una corrente assorbita pari a 300A per un
tempo massimo di circa 60 secondi. Per erogare tale intensità di corrente sarebbe sufficiente una batteria
da 5Ah.
CRITICITÁ:
Poiché il processo di carica di un accumulatore automobilistico è legato ad una reazione chimica si deve
prevedere una certa velocità di ricarica.
Solitamente la velocità di ricarica è legata alla capacità dell’accumulatore secondo la seguente regola:
corrente di ricarica = 1/10 della capacità dell’accumulatore
Quindi una batteria da 50Ah dovrebbe essere ricaricata con 5A per 10 ore.
A tale proposito è bene notare che nel caso di ricariche o scariche molto rapide la vita media della batteria
si riduce.
ACCUMULATORI
DEFINIZIONE: la batteria è un contenitore di energia elettrochimica che serve principalmente a fornire
l’energia elettrica al motore di avviamento, per permettere l’accensione del motore termico, a quei
servocomandi ed utilizzatori che possono essere attivati anche con motore fermo e a tutti quei dispositivi
che hanno un consumo permanente (es. orologio, bloccaporte, antifurto, ecc.). L’energia consumata viene
ripristinata tramite il sistema di ricarica (alternatore/regolatore).
La batteria fa parte del sistema di avviamento e ricarica ed il suo dimensionamento è strettamente
correlato alle caratteristiche elettriche del motore di avviamento; mentre la sua capacità e i carichi degli
utilizzatori presenti sul veicolo sono determinanti ai fini della scelta dell’alternatore cui essa è collegata in
parallelo.
DESCRIZIONE: la batteria è un generatore elettrochimico secondario, detto comunemente accumulatore,
capace di assorbire energia elettrica durante il periodo di carica e di erogare energia elettrica durante il
periodo di scarica. Questa energia viene accumulata/liberata da particolari reazioni di ossidoriduzioni che
avvengono agli elettrodi.
Vengono comunemente chiamate “batterie per avviamento” gli accumulatori al piombo che trovano la loro
principale applicazione sugli autoveicoli per i servizi combinati di avviamento dei motori a combustione
interna, per l’illuminazione e i servizi ausiliari.
Essi devono essere progettati e costruiti per assolvere questi compiti che comportano:
erogazioni di elevate intensità di corrente;
resistenza meccanica agli urti e alle vibrazioni;
funzionamento in un campo di temperature compreso tra –25°C e +55°C.
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1.10. COMPONENTI
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DELL’ACCUMULATORE
4. SETTO SEPARATORE
5. CELLA CON ELETTROLITA
1. ANODO (POLO NEGATIVO)
2. CATODO(POLO POSITIVO)
3. COLLEGAMENTO TRA CELLE
L’accumulatore al piombo ha la configurazione interna delle celle riportata in figura, con la particolarità che
nel caso di un accumulatore da 12 Volt si avranno 6 celle invece delle 3 riportate in figura.
POLI (TERMINALI):per convenzione il polo della prima cella è il terminale negativo.
La forma dei poli è tronco conica, le dimensioni sono stabilite da standard dimensionali.
Ai poli terminali sono collegati, mediante speciali morsetti, i cavi elettrici dell’impianto. Per non scambiare tra
di loro i due poli durante il collegamento della batteria essi sono contrassegnati ed anche il diametro è diverso
(il polo positivo è più grande di circa 2 mm)
ELETTRODI: struttura a griglie avente funzione di collettore di corrente elettrica e di supporto della materia
attiva, sede delle reazioni elettrochimiche.
ELETTROLITO: soluzione di acido solforico in cui sono immerse le piastre, nel quale si diffondono gli ioni
coinvolti nelle reazioni elettrochimiche. L’elettrolito può essere libero (batteria ad acido libero tradizionale) od
assorbito in separatori in fibre di vetro (batteria sigillata a ricombinazione).
CONTENITORE E COPERCHIO: il contenitore, che funge anche da separatore tra le 6 celle che contengono
i gruppi di piastre, è realizzato in materiale plastico di tipo copolimero propilene-etilene, che presenta una
elevata resistenza meccanica e all’azione di acidi, solventi, olii, ecc.
Il coperchio anch’esso in polipropilene è termosaldato al contenitore e consente di avere una elevata tenuta
meccanica alle vibrazioni e idraulica alle fuoriuscite di elettrolita.
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GRIGLIE: le griglie hanno una duplice funzione: sostenere la materia attiva e condurre la corrente. Esse sono
costituite di materiale conduttore di elettricità, possiedono una sufficiente resistenza meccanica e chimica
all’azione dell’acido solforico.
La griglia può essere realizzata in lega di piombo-antimonio o piombo-calcio per fusione e stiratura. Oggi
l’antimonio viene aggiunto in percentuali minime rispetto al passato per ridurre lo sviluppo di gas e quindi il
consumo di elettrolito con conseguente autoscarica della batteria.
MATERIA ATTIVA: è il principale componente solido in cui hanno luogo le reazioni elettrochimiche che sono
alla base del funzionamento della batteria. Essa viene applicata sulle griglie per ottenere le piastre.
La differenza sostanziale che presenta la piastra negativa rispetto alla positiva è la presenza degli espansori
che permettono alla materia attiva di assumere una determinata “spugnosità”, per facilitare la penetrazione
dell’elettrolito e migliorare le prestazioni della batteria.
PIASTRA: è l’unità che da sola o riunita con altre eguali costituisce uno degli elettrodi. Ogni piastra è
formata da una griglia di supporto e dalla materia attiva. L’impasto negativo differisce da quello positivo negli
additivi usati. Una volta spalmate le piastre vengono stagionate in camere climatizzate con umidità e
temperatura controllata. Questa è la fase più importante per la riuscita del prodotto finito è qui che l’impasto
si vincola alla griglia. Alla stagionatura segue la formazione elettrochimica in cui la materia attiva positiva si
trasforma in biossido di piombo (colore bruno) e la negativa in piombo spugnoso (colore grigio metallico).
Può essere eseguita in aria o in bagno d’acqua, in una o due fasi (one shot/two shots).
SEPARATORI: per impedire che le piastre positive e negative vengano a trovarsi in contatto, e quindi
generino cortocircuiti interni, si interpongono sottili diaframmi chiamati separatori, che devono consentire
nello stesso tempo il flusso dell’elettrolito fra le piastre. Sono composti da un materiale di ottima porosità,
bassa resistenza elettrica e nello stesso tempo una buona rigidità e resistenza al calore.
I materiali più usati sono le fibre cellulosiche trattate con speciale resine e il PVC (polivinilcloruro).
È indispensabile l’uso di separatori a busta., che avvolgano ogni singola piastra (positiva o negativa a
scelta). Il loro uso evita che con il tempo le particelle di materia attiva che si stacca dalle piastre durante il
funzionamento, si accumuli sul fondo degli elementi provocando corto circuiti interni.
ELEMENTI: ciascun elemento è formato da un insieme di piastre positive e negative e dai separatori. Le
piastre positive e negative dei singoli gruppi sono saldate tra loro in parallelo tramite un ponticello e gli
elementi sono uniti in serie per mezzo di connettori.
Ogni elemento fornisce una tensione nominale di 2 Volt. Una delle grandezze elettriche che definisce la
batteria è la quantità di elettricità che essa può erogare. Questa dipende, oltre che dai materiali, anche dalla
quantità di materia attiva presente che entra in reazione, quindi in particolare dalla superficie delle piastre.
Per aumentare questa superficie si può intervenire o sulla superficie delle singole piastre o sul numero di
piastre collegate in parallelo in ogni elemento.
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CICLO DI FUNZIONAMENTO DI UN ACCUMULATORE
FASE DI SCARICA: durante la scarica dell’accumulatore il passaggio di corrente dà luogo alle seguenti
trasformazioni:
sulle piastre positive parte del biossido di piombo si combina con l’acido solforico e si trasforma in solfato di
piombo, formando acqua che diluisce l’elettrolita;
sulle piastre negative parte del piombo si combina con l’acido solforico e si trasforma in solfato di Piombo.
FASE DI CARICA: durante la fase di carica si hanno le reazioni opposte, il solfato di piombo che si trova su
entrambe le parti si trasforma in biossido sulla positiva e in piombo spugnoso sulla negativa, liberando acido
solforico che fa aumentare la densità dell’elettrolita. Continuando con la carica il solfato di piombo si
trasforma totalmente in biossido di piombo e piombo spugnoso, ed alla fine incominciano a svilupparsi
rispettivamente ossigeno ed idrogeno dalle piastre che sono molto dannosi per l’accumulatore:
aumento della corrosione delle griglie (sovraccarica);
eccessiva perdita di acqua dovuta alla dissociazione dei gas e quindi la necessità di rabbocco;
rischio di scoppio a causa dei gas generati.
REQUISITI FUNZIONALI: si riportano di seguito i requisiti ambientali che assicurano i cicli di funzionamento
descritti in precedenza e quindi il corretto impiego dell’accumulatore a bordo dell’autovettura.
Temperatura di funzionamento in scarica (*):
Temperatura di stoccaggio prodotto:
Temperatura di stoccaggio veicolo:
da –30°C a +55°C
da –05°C a +30°C
da –40°C a +85°C
(*) In tale intervallo è consentita una variazione delle prestazioni.
1.11.
CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UN ACCUMULATORE
TENSIONE NOMINALE: nelle batterie per autovettura è di 12 Volt (V).
TENSIONE A CIRCUITO APERTO (O.C.V. = Open Circuit Voltage): è la differenza di potenziale misurata ai
poli della batteria a circuito aperto, dopo un tempo di stabilizzazione minimo di 4 ore. Per un accumulatore
carico si dovrebbe avere O.C.V. ≥ 12.7 V.
CAPACITÁ (Ah): è la quantità di carica che può essere ottenuta scaricando un accumulatore ad un
determinato regime (corrente di scarica), fino a raggiungere una tensione prestabilita. Per le batterie di
avviamento le norme internazionali valutano la capacità di scarica in 20 ore (C20); si considera terminata la
scarica quando la tensione è scesa al valore di 1.75V per ogni elemento della batteria.
CORRENTE DI SCARICA RAPIDA A FREDDO (A): dà una indicazione della potenza che la batteria è in
grado di erogare e quindi dell’attitudine all’avviamento del motore del veicolo. La valutazione si ottiene
scaricando una batteria completamente carica a –18°C con corrente costante prestabilita. Questa
valutazione viene quantizzata con due valori:
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•
•
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tensione rilevata dopo 10, 30 e 60 secondi di scarica;
tempo in secondi impiegato dalla batteria per raggiungere la tensione finale della prova.
RESISTENZA INTERNA: rappresenta la resistenza elettrica interna dell’accumulatore ed è la responsabile
della riduzione di tensione a seguito di un forte assorbimento di corrente. Questo parametro non è riportato
tra i dati di targa del dispositivo ma è il principale indice dello stato di efficienza dell’accumulatore. Infatti una
batteria carica ma deteriorata presenta una resistenza interna più alta di una in buono stato, che crea quindi
una forte caduta di tensione a seguito di un assorbimento di corrente anche modesto.
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1.12.
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FUNZIONAMENTO IDROMETRO OTTICO
DESCRIZIONE: l’idrometro ottico ha la funzione di segnalare lo stato approssimativo di carica
dell’accumulatore. Il funzionamento del dispositivo si basa esclusivamente sulla rilevazione della densità
dell’elettrolita.
La densità dell’elettrolita è indice dello stato di carica dell’accumulatore in quanto, come è già stato descritto
in precedenza, in fase di scarica si ha generazione di acqua che diluisce la miscela, mentre in fase di carica
si ha generazione di acido che ne aumenta la densità.
FUNZIONAMENTO: l’idrometro ottico è composto da un cilindro cavo immerso verticalmente nell’elettrolita
all’interno del quale si muove una sfera verde di densità nota 1,235 g/cm3. Al di sopra del cilindro è posto un
oblò trasparente che consente di osservare dall’esterno la posizione della sfera.
Quando la densità dell’elettrolita è maggiore di quella della sfera (batteria carica, fig.A) si ha il galleggiamento
della sfera stessa e quindi dall’oblò apparirà il colore verde. Mentre quando la densità è inferiore (batteria
scarica, fig.B) la sfera affonda lungo il cilindro facendo scomparire il colore verde dall’oblò.
CARATTERISTICHE: in fase di scarica della batteria il passaggio della colorazione da verde a nero deve
avvenire nell’intervallo tra il 70% e il 55% dello stato di carica. Mentre in fase di carica il passaggio da nero a
verde deve avvenire tra il 70% e l’85% dello stato di carica.
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1.13.
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ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO DEGLI ACCUMULATORI
PREMESSA: nella seguente tabella sono riassunte alcune anomalie di funzionamento degli accumulatori in
relazione alle probabili cause che possono esserne origine.
Anomalia
manifestata
Avviamento
difficoltoso
Mancato
avviamento
Possibili cause dell’anomalia
Insufficiente stato di carica
Mancanza di elettrolito per
elevato consumo di acqua
Corrente di scarica rapida
insufficiente
Interruzione contatto elettrico
interno
Corto circuito interno
Distacco materia attiva dalle
piastre
Allentamento e/o distacco
morsetti
Scoppio
Rumorosità
Spostamento dalla
sede
Bassa o elevata temperatura
operativa
Eccessiva pressione interna
Mancanza elettrolito
Difettoso assemblaggio delle
parti costituenti la batteria
Deformazione meccanica
Cedimento contenitore
Fissaggio non corretto
Allentamento fissaggio
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Caratteristica legata alla causa
dell’anomalia
Autoscarica
Consumo d’acqua
Invecchiamento
Valore di corrente di scarica
rapida della batteria insufficiente
Consumo d’acqua
Invecchiamento
Invecchiamento
Invecchiamento
Coppia di serraggio
Resistenza alle vibrazioni
Ossidazione morsetti
Campo di temperatura operativa
Durata vita
Progetto del fornitore
Consumo di acqua
Processo del fornitore
Durata vita
Temperatura massima di
esercizio
Posizionamento e serraggio
staffe
Dado o vite scelta
Valore della coppia di serraggio
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1.14.
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GENERATORI DI TENSIONE: L’ALTERNATORE
L’altro importante dispositivo in grado di fornire una forza elettromotrice a bordo del veicolo è l’alternatore.
In questo caso il dispositivo non funziona anche da accumulatore come nel caso della batteria ma solo da
generatore di elettroni.
L’alternatore è un apparecchio in grado di trasformare l’energia meccanica trasmessa dal motore attraverso
la sua puleggia in una forza elettrica.
Il principio di funzionamento sarà esposto più in dettaglio dopo aver introdotto i principi
dell’elettromagnetismo.
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1.15.
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LEGGE DI OHM
PREMESSA:
Anche intuitivamente dovrebbe a questo punto essere ormai chiaro che la tensione, la corrente e la
resistenza sono legate tra di loro. Facciamo ora delle osservazioni per meglio comprendere questi legami.
OSSERVAZIONE 1: aumentando la resistenza di un circuito si riduce la corrente.
OSSERVAZIONE 2: aumentando la tensione di un circuito aumenta la corrente che circola.
OSSERVAZIONE 3: aumentando la corrente che scorre in un utilizzatore aumenta la caduta di tensione.
CONCLUSIONE: da queste osservazioni scaturisce la legge fondamentale di tutta l’elettrotecnica, nota
come legge di Ohm, che lega tra loro: tensione, corrente e resistenza.
La legge di Ohm stabilisce che la caduta di tensione ai capi di un utilizzatore è proporzionale al prodotto
della resistenza del componente elettrico moltiplicata per la corrente che lo attraversa.
V = R ⋅I
V = tensione
[volt]
R = resistenza
[ohm]
I = corrente
[ampère]
FORMULAZIONE ALTERNATIVA: una formulazione alternativa della legge di Ohm, è la seguente: in un
circuito elettrico con un utilizzatore, la corrente elettrica che fluisce nel circuito è inversamente proporzionale
alla resistenza; ricordando che la potenza assorbita è data dal prodotto della tensione per la corrente, ne
risulta che un componente che ha resistenza minore assorbirà, a parità di tensione, una corrente maggiore;
questo è il caso delle lampade.
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NOTE:
Usando il triangolo riportato di seguito può essere più facile ricavare le altre formulazioni della legge.
Coprendo la grandezza che si vuole calcolare si ottiene la formula cercata.
V
R
=
V = R ⋅I
I
I=V
R
V
R I
OSSERVAZIONI:
Tra le particolarità di questa formulazione è bene evidenziare la proporzionalità diretta tra le grandezze
elettriche coinvolte. Con ciò si vuole far notare che ad esempio ad una tensione doppia corrisponde una
corrente doppia, oppure che ad una resistenza doppia corrisponde una corrente dimezzata, ecc.
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1.16.
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CONCETTO DI CADUTA DI TENSIONE
PREMESSA:
Considerando il passaggio di elettroni attraverso un conduttore o una resistenza si ha che una parte della
loro energia cinetica si disperde per effetto dell’attrito che essi incontrano durante il loro movimento.
Questa perdita di energia viene indicata come caduta di tensione.
DEFINIZIONE:
La corrente che attraversa un conduttore o un utilizzatore crea una caduta di tensione proporzionale sia
all’intensità della corrente che al valore di resistenza.
EQUIVALENTE IDRAULICO:
Quando un fluido scorre in un condotto che presenta una strozzatura si ha una caduta di pressione
proporzionale all’entità della strozzatura.
Caduta di tensione ed equivalente idraulico.
1.
2.
3.
4.
SERBATOIO A
SERBATOIO B
CADUTA DI PRESSIONE
STROZZATURA
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ESEMPIO:
Si riporta ora un esempio pratico ed esemplificativo per meglio comprendere le problematiche legate al
concetto di caduta di tensione sul cablaggio dell’impianto elettrico.
Nella figura è riportato un semplice collegamento di un utilizzatore resistivo Ru (ad esempio una lampada)
alla batteria tramite una cavo avente una piccola resistenza Rc. Conoscendo la corrente totale It che
circola nel circuito stabilire con quale tensione è alimentato l’utilizzatore.
GENERATORE
CAVO
UTILIZZATORE
SOLUZIONE:
Poiché la tensione della batteria è Vt=12V e la corrente totale che circola è It=1A si ha che la resistenza
totale vista dalla batteria sarà:
Rt =
Vt 12V
=
= 12Ω
It
1A
Quindi la resistenza dell’utilizzatore sarà:
R u = R t − R c = 12Ω − 1Ω = 11Ω
La tensione che cade sull’utilizzatore sarà quindi:
Vu = R u ⋅ I t = 11Ω ⋅ 1A = 11V
Questo perché sulla resistenza Rc del cavo c’è una caduta di tensione pari a:
Vc = R c ⋅ I t = 1Ω ⋅ 1A = 1V
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1.17.
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CONVENZIONE DEI GENERATORI ED UTILIZZATORI
PREMESSA:
In tutti i tipi di impianti (idraulici, termici, ecc.) anche in quelli elettrici è bene distinguere tutti i componenti in
due grandi famiglie secondo quella che è la loro naturale funzione:
• generatori
• utilizzatori
Questa distinzione è indispensabile per poter definire le convenzioni di tensione e corrente.
A. Generatore
B. Utilizzatore
Convenzione tensione-corrente di generatori ed utilizzatori.
CONVENZIONE:
La convenzione che normalmente si usa è quella di considerare positiva la differenza di potenziale tra il polo
positivo e quello negativo.
Inoltre per i generatori si considera positiva la corrente USCENTE dal polo positivo e per gli utilizzatori si
considera positiva la corrente ENTRANTE nel polo positivo.
Queste convenzioni sono indispensabili per poter calcolare tensioni e correnti sia come valore che come
verso.
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1.18.
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COLLEGAMENTI SERIE E PARALLELO
PREMESSA:
Naturalmente non è pensabile che le reti elettriche presenti su un veicolo siano composte solo da un
generatore e da un carico utilizzatore, nei casi reali le reti sono costituite da molti elementi collegati tra loro
in vari modi.
Tra i vari modi di collegare componenti elettrici tra loro è bene analizzare i due modi fondamentali:
collegamenti in serie e collegamenti in parallelo.
COLLEGAMENTI IN SERIE:
Due o più elementi elettrici possono dirsi COLLEGATI IN SERIE QUANDO SONO ATTRAVERSATI DALLA STESSA
INTENSITÀ DI CORRENTE.
Come è evidente dalla seguente figura la corrente I che scorre attraverso i tre resistori è sempre uguale
mentre la tensione U1 U2 e U3 che cade su ognuno di essi dipende dal valore di R1 R2 ed R3. Quindi, dal
punto di vista del generatore la tensione E è suddivisa in:
E = U1 + U 2 + U 3 = (R 1 + R 2 + R 3 ) ⋅ I
Quindi le tre resistenze equivalgono ad una resistenza di valore pari a:
Req = R1 + R2 + R3
Esempio di collegamento in serie.
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COLLEGAMENTI IN PARALLELO:
Due o più elementi elettrici possono dirsi COLLEGATI IN PARALLELO QUANDO SONO SOTTOPOSTI ALLA STESSA
DIFFERENZA DI POTENZIALE.
In questo caso la tensione V applicata alle tre resistenze è sempre la stessa mentre le correnti I1 ,I2 ed I3
che scorrono nelle resistenze R1 ,R2 ed R3 saranno:
V
;
R1
I1 =
I2 =
V
;
R2
I3 =
V
R3
Dal punto di vista del generatore la corrente I che deve fornire sarà la somma delle tre:
I=
V
V
V
+
+
R1 R2 R3
Req =
Quindi la resistenza equivalente sarà data da:
Se le resistenze sono soltanto due:
Req =
1
1
1
1
+
+
R1 R2 R3
R1 × R2
R1 + R2
In campo veicolistico quasi tutti gli utilizzatori elettrici presenti nell’impianto sono collegati in parallelo tra
loro in quanto devono essere alimentati con la medesima tensione.
Esempio di collegamento in parallelo.
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1.18.1.
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ESEMPIO TRATTO DA MANUALE DI ASSISTENZA TECNICA
L’immagine riportata nella pagina precedente è tratta dal manuale di assistenza tecnica della vettura FIAT
IDEA e rappresenta la porzione di impianto elettrico relativa alle luci anabbaglianti.
A seconda dei componenti, in questa parte di impianto ci sono collegamenti in serie ed in parallelo.
Ad esempio, il teleruttore T1 è collegato in serie al fusibile F13 ed al proiettore F010; ovviamente il
conduttore di ritorno è costituito dalla massa del veicolo.
Diversamente, i fusibili F13 ed F12 sono collegati in parallelo, così come sono collegati in parallelo le
lampade presenti nel gruppo ottico.
La differenza tra i due tipi di collegamento (e che permette di distinguere un tipo di collegamento dall’altro)
è riassumibile nelle seguenti affermazioni:
• due o più componenti elettrici (utilizzatori o generatori) sono collegati in serie se sono attraversati dalla
stessa CORRENTE;
• due o più componenti sono collegati in parallelo se sono sottoposti alla stessa DIFFERENZA DI
POTENZIALE;
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1.19.
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RETI ELETTRICHE: CONCETTO DI NODO E DI MAGLIA
PREMESSA: ogni circuito elettrico è composto oltre che da generatori ed utilizzatori anche da tutta una rete
di collegamenti. Per poter calcolare le principali grandezze elettriche all’interno di questa rete di
collegamenti è necessario conoscere due regole fondamentali dell’elettrotecnica.
DEFINIZIONE DI NODO ELETTRICO: per nodo elettrico si intende un punto di collegamento comune tra
almeno due cavi. Un tipico esempio di nodo elettrico a bordo di un veicolo è quello dei punti di massa.
CONCETTO DI NODO ELETTRICO: considerando un nodo elettrico formato dal collegamento di più
conduttori, misurando come positiva la corrente che entra nel nodo e negativa quella che ne esce si deve
avere una somma delle correnti pari a zero.
-I1+I2+I3=0
Esempio di nodo elettrico e di correnti entranti ed uscenti.
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DEFINIZIONE DI MAGLIA: per maglia elettrica all’interno di un circuito si intende un percorso chiuso che la
corrente può seguire per ritornare al punto di partenza.
Un esempio di maglia può essere quello ottenuto dal collegamento di un generatore e di un utilizzatore.
CONCETTO DI MAGLIA ELETTRICA: considerando la convenzione delle tensioni e delle correnti e
seguendo il verso di percorrenza della corrente all’interno di una maglia la somma delle cadute di tensione
che si incontra e delle tensioni dei generatori deve essere pari a zero.
Si considera positiva la tensione quando la corrente scorre nello stesso verso della freccia indicante la
tensione stessa.
Vg-V1-V2-V3-V4=0
Esempio di maglia elettrica e di somma di cadute di tensione.
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1.20.
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CONCETTO DI MASSA
DEFINIZIONE:
Nella vettura si chiama con il nome di massa il circuito di ritorno per la corrente e non una protezione, come
avviene negli impianti industriali.
Una massa non ben fissata o ossidata corrisponde ad un’apertura del circuito o ad un’anomalia di
funzionamento.
Sulla carrozzeria vengono fissati attraverso bulloni diversi punti di massa.
Esistono anche dei nodi di massa non ancorati al telaio così come anche nodi “positivi”, realizzati mediante
saldatura ad ultrasuoni, nei quali vengono fatti convergere diversi cavi per poi proseguire con un minor
numero di cavi, di sezione maggiore.
ESEMPIO DI COLLEGAMENTO TRAMITE MASSA:
Nell’esempio riportato in figura è rappresentato il classico collegamento di una lampada a bordo vettura con il
comando (interruttore) verso il positivo e la massa sul telaio.
Esempio di collegamento a massa.
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CRITICITÁ: i punti di massa costituiscono un elemento abbastanza delicato di tutto l’impianto elettrico.
Proprio perché sono dei punti comuni a molti elementi elettrici dal loro buon funzionamento dipende a volte
il funzionamento dell’intero impianto.
Tra le problematiche più importanti è bene ricordare:
•
il non perfetto contatto,
•
il distacco.
Questi due tipi di difetto dell’impianto possono provocare dei malfunzionamenti che sono abbastanza
difficili da individuare in quanto i punti di massa sono solitamente condivisi da più utilizzatori.
Per questo spesso il malfunzionamento di un dispositivo è legato al cattivo collegamento a massa di un
altro dispositivo.
1.20.1.
MASSA NON PERFETTAMENTE COLLEGATA
A causa di un allentamento della giunzione tra il punto di massa e la massa vettura si può creare una
piccola resistenza di contatto che nel caso evidenziato in figura può influenzare pesantemente il
funzionamento dei dispositivi collegati a causa delle cadute di tensione che si possono manifestare.
CRITICITÁ: il problema della resistenza di contatto è evidente nel caso di collegamento comune di due
utilizzatori con un assorbimento elevato di corrente.
Infatti nel caso in figura se l’utilizzatore 1 assorbe la massima corrente di 50A sulla piccola resistenza di
contatto di 0.01 Ohm si ha una caduta di tensione di 0.5V.
Questa caduta di tensione può influenzare pesantemente il funzionamento dell’utilizzatore 2 che essendo
alimentato di solito a soli 3V si ritrova ora con una alimentazione di 2.5V.
Problema di collegamento non perfetto verso massa.
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1.20.2.
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MASSA STACCATA
Il distacco di un punto di massa può causare dei malfunzionamenti nel caso in cui l’impianto abbia subito
delle modifiche non previste dal costruttore.
I problemi che si presentano in questo caso sono dovuti a dei passaggi indesiderati di corrente che
possono causare la parziale attivazione di utilizzatori.
CRITICITÁ: nel caso (A) indicato in figura il distacco del punto di massa centrale, nel caso di interruttori I1
aperto ed I2 chiuso provoca il passaggio di corrente segnato con la linea tratteggiata.
La soluzione indicata in (B) pone rimedio al problema a scapito dei costi dovuti dal doppio deviatore.
La soluzione con i diodi adottata in (C) è più economica ma è adottabile solo nel caso in cui gli utilizzatori
non abbiano un eccessivo assorbimento di corrente.
Altri casi possono essere ricercati o simulati a partire dagli schemi elettrici degli impianti.
Problema del distacco di un punto di massa.
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1.20.3.
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DIFFERENZE TRA MASSA E TERRA
Spesso si tende a confondere il termine MASSA con quello di TERRA. È bene precisare che questi due
elementi elettrici sono ben differenti sia per costituzione che per utilizzo.
MASSA:
Per MASSA si deve intendere un punto di collegamento comune tra più elementi elettrici. Questo punto
funziona da riferimento di tensione.
TERRA:
Per TERRA si deve intendere un punto di collegamento per la carrozzeria metallica di molti
elettrodomestici verso il potenziale di terra. Questo punto ha solo lo scopo di disperdere nel terreno le
cariche elettrostatiche che si accumulano sull’involucro metallico degli apparecchi a seguito ad esempio di
fughe di corrente attraverso conduttori non perfettamente isolati.
Il collegamento di terra è previsto per apparecchi o impianti funzionanti con tensioni superiori a 25Vac o
50Vcc.
Nell’autoveicolo, il collegamento di terra perché non necessario visto che la tensione di alimentazione è
pari a 12Vcc.
Non bisogna assolutamente considerare il collegamento di terra come un riferimento di tensione.
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1.21.
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CONCETTO DI CORTOCIRCUITO E DI SOVRACCARICO
PREMESSA: una delle maggiori cause di guasti all’impianto elettrico di un veicolo è il cortocircuito.
Per cortocircuito si intende un indesiderato collegamento di due punti dell’impianto elettrico tra i quali sia
presente una differenza di potenziale.
È bene distinguere i due casi più importanti di cortocircuito:
•
cortocircuito verso massa,
•
cortocircuito verso il positivo.
Esempio di cortocircuito.
CORTOCIRCUITO VERSO MASSA:
In questo caso si ha un passaggio indesiderato di corrente tra l’alimentazione e un punto non bene isolato
del cablaggio. Il fusibile che protegge il ramo di cablaggio interessato dal cortocircuito interviene per
proteggere il resto dell’impianto.
CORTOCIRCUITO VERSO IL POSITIVO:
In questo caso si ha una dispersione di corrente ad esempio verso un utilizzatore che si attiva senza
l’intervento dell’apposito interruttore.
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Esempio di cortocircuito verso massa e verso il positivo.
NOTA: nel caso di cortocircuito verso il positivo la protezione svolta dal fusibile viene a mancare quindi la
fuga di corrente può danneggiare l’utilizzatore coinvolto o il cablaggio interessato.
SOVRACCARICO: il cortocircuito è spesso la conseguenza di una situazione di sovraccarico.
Ogni utilizzatore è progettato per funzionare secondo dei precisi dati di targa. Tra questi dati di targa è
riportata anche la CORRENTE NOMINALE DI ESERCIZIO.
Per corrente nominale si deve intendere la corrente che di norma l’utilizzatore assorbe.
Quando in un ramo dell’impianto si rileva una corrente maggiore di quella nominale si parla di sovraccarico
secondo la seguente regola.
I ≤ In
funzionamento regolare
In < I ≤
10 In
sovraccarico
I > 10
In
cortocircuito
NOTE:
Spesso si tende a trascurare le condizioni di sovraccarico quando queste non implicano un
malfunzionamento immediato dell’impianto.
Questo modo di agire spesso compromette aree molto estese dell’impianto elettrico in quanto i
sovraccarichi portano solitamente al surriscaldamento sia dei cavi che dei dispositivi circostanti.
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2.
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STRUMENTI PER MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE
PREMESSA
Come si è già avuto modo di comprendere ogni grandezza fisica ha bisogno, per essere quantificata, di un
adeguato “metro di misura”. In altre parole ogni grandezza ha bisogno di un apposito strumento per essere
misurata.
Nel caso delle grandezze elettriche fondamentali gli strumenti utilizzati sono i seguenti:
• IL MULTIMETRO
• L’OSCILLOSCOPIO
IL MULTIMETRO
Il multimetro è uno strumento di misura multifunzione in quanto può svolgere più funzioni agendo su un
semplice commutatore.
Tra le funzioni più importanti che il multimetro può svolgere si ricorda:
• ohmetro
• voltmetro in continua ed in alternata
• amperometro in continua ed in alternata
• prova diodi
L’OSCILLOSCOPIO
L’oscilloscopio è uno strumento di misura grafico in quanto è in grado di rappresentare su un monitor il
segnale in ingresso. Raramente usato per rilevare il valore numerico di una grandezza elettrica, il suo vero
scopo è quello di fornire una chiara rappresentazione della grandezza in esame e di confrontarla
eventualmente con un’altra dello stesso tipo.
Non verrà però trattato in questa sede
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2.1.
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IL MULTIMETRO
PREMESSA
In commercio si trovano ormai quasi esclusivamente multimetri di tipo digitale come quelli rappresentati nelle
seguenti figure, perciò si farà riferimento solo ad essi nel resto di questa trattazione.
Esempio di multimetro analogico.
Esempi di multimetri digitali.
IL MULTIMETRO DIGITALE
Lo strumento è portatile ed è alimentato da una pila (solitamente a 9 volt) posta al suo interno ed ha in
dotazione due cavi di collegamento (uno rosso ed uno nero) che servono per il collegamento al punto dove
effettuare la misura.
Come è già stato detto il multimetro digitale oltre ad essere molto più pratico e maneggevole di quello
analogico è anche di più veloce lettura.
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COMANDI DEL MULTIMETRO: sul pannello frontale del multimetro sono posizionati tutti i comandi a
disposizione oltre naturalmente al display per la lettura dei dati.
display a cristalli
liquidi
interruttore per la
memorizzazione
del valore di picco
interruttore
accensione
di
commutatore
funzioni
di
boccole per i cavi
Si noti come il commutatore di funzioni del multimetro svolga anche il compito di selettore dei valori massimi
misurabili nelle varie funzioni.
FUNZIONI DEL MULTIMETRO: il multimetro digitale è uno strumento che racchiude molte funzioni anche
abbastanza diverse tra loro.
Tra le funzioni comuni praticamente a tutti i multimetri oggi in commercio ricordiamo le seguenti:
• (Ω) ohmetro
• (V=) voltmetro per tensioni continue
• (V~) voltmetro per tensioni alternate
• (A=) amperometro per correnti continue
• (A~) amperometro per correnti alternate
• prova diodi
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Solitamente la scelta della funzione che si vuole utilizzare avviene agendo su di una manopola presente
sullo strumento. Su questa manopola le varie funzioni sono evidenziate dal simbolo riportato tra parentesi
nell’elenco sopra.
voltmetro
per tensioni
continue
voltmetro per
tensioni
alternate
ohmetro
amperometro
per correnti
alternate
prove
di
continuità
amperometro
per correnti
continue
prova diodi
Esempio di commutatore di un multimetro digitale.
BOCCOLE DEL MULTIMETRO
Le boccole del multimetro consentono il collegamento dei due cavi che accompagnano lo strumento e che
consentono di effettuare la misura.
Solitamente una delle boccole è di colore rosso e comunque tutte sono contrassegnate da lettere e/o numeri.
Esempio di boccole di un multimetro digitale.
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SIGNIFICATO DELLE SIGLE
COMrappresenta il terminale comune o “freddo” per svolgere tutti i tipi di misura.
V/Ω rappresenta il terminale a cui si collega il cavo “caldo” (spesso di colore rosso) per svolgere le misure di
tensione e di resistenza.
A
rappresenta il terminale a cui si collega il cavo “caldo” per svolgere le misure di corrente fino a 2A.
10A rappresenta il terminale a cui si collega il cavo “caldo” per svolgere le misure di corrente fino a 10A.
IL DISPLAY DEL MULTIMETRO
Il display del multimetro è in pratica l’interfaccia che lo strumento ha per poterci trasmettere tutte le
informazioni in suo possesso.
In alcuni modelli sul display sono anche indicate alcune informazioni circa le impostazioni correnti dello
strumento. Nella figura a destra si può notare le indicazioni V e DC che ci informano circa l’impostazione per
la misura di tensioni continue.
Per quanto riguarda la rappresentazione del valore numerico della misura si notino le differenze tra i due
display raffigurati. In quello di sinistra vi sono 3 cifre, mentre in quello di destra ve ne sono quattro. Questo
implica una differenza sostanziale di precisione nella rappresentazione del risultato della misura.
Si noti infine che il punto decimale non ha una posizione fissa ma può spostarsi per lasciar posto alle cifre
intere o decimali. Nel caso in figura a sinistra lo strumento era impostato per un fondo scala di 20 Vdc quindi
la parte intera della rappresentazione può al massimo raggiungere il valore di 20. Quando però il punto
decimale si sposta verso destra per lasciar posto alla seconda cifra intera si perde una cifra decimale, quindi
mentre il valore di 5 volt è rappresentato con i centesimi di volt quello di 15 volt è rappresentato solo con i
decimi.
Esempi di schermi di multimetri con rappresentazione digitale.
2.2.
PINZA AMPEROMETRICA
Oltre ai cavi con i puntali già illustrati il multimetro può essere corredato con altri accessori. Tra questi
accessori quello di maggiore interesse in campo veicolistico è certamente la PINZA AMPEROMETRICA.
La pinza amperometrica è uno strumento in grado di rilevare l’intensità di corrente che fluisce in un
conduttore senza toccare fisicamente il conduttore stesso. Per effettuare la rilevazione essa misura il campo
magnetico che si genera intorno al cavo a causa del passaggio di corrente.
Naturalmente il campo magnetico generato ha il verso che dipende da quello della corrente nel cavo, quindi
la pinza riporta anche una indicazione positiva per il verso della corrente attraverso l’anello.
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Pinza amperometrica (vista frontale e profilo)
FUNZIONAMENTO
Quello che si deve fare è solo far passare il cavo di cui si vuole misurare l’intensità di corrente che sta
circolando all’interno dell’anello della pinza. Le linee di campo magnetico generate sono catturate dall’anello
dove si induce una tensione proporzionale alla corrente da misurare.
DATI DI TARGA
Questa proporzionalità tra la corrente da misurare e la tensione in uscita dalla pinza è indicata nei dati di
targa dello strumento. Un esempio di questi dati di targa è riportato in figura.
In questo caso i dati ci indicano che la pinza fornisce 1mV per ogni ampère che passa attraverso l’anello.
Inoltre ci informa anche del limite massimo di corrente (700A) che la pinza riesce a misurare senza andare in
saturazione.
Il segno positivo o negativo della tensione generata ci indica se la corrente che si sta misurando scorre nel
verso della freccia indicata sul dorso dello strumento o in verso contrario.
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Inserzione della pinza amperometrica e suoi dati di targa.
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3.
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FUNZIONI DEL MULTIMETRO
PREMESSA
Dopo aver illustrato le varie funzioni di un multimetro analizziamone ora il corretto utilizzo per eseguire le
varie fasi di una misura.
Analizzeremo le funzioni di:
• ohmetro
• voltmetro
• amperometro
• continuità
• prova diodi
3.1.
MISURE DI RESISTENZA - OHMETRO
ACCORGIMENTI
Per effettuare misure di resistenza bisogna impostare il multimetro su una delle portate indicate con il
simbolo (Ω) e collegare i due puntali come indicato nella seguente figura .
Se il componente fa parte di un circuito bisogna fare attenzione che non sia alimentato e che almeno uno dei
suoi terminali sia staccato dal resto dell’impianto.
Configurazione per misure di resistenze.
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NOTE: in realtà lo strumento sottopone la resistenza in esame ad una tensione solitamente pari a quella
della sua batteria interna e misura la corrente che circola.
Quindi questa misura pur apparendo di tipo diretto in realtà avviene in maniera indiretta da parte dello
strumento.
DATI DI TARGA DELLO STRUMENTO: un multimetro come quello in figura quando è impostato per
funzionare come multimetro può avere i seguenti parametri circa gli errori strumentali introdotti.
Fondo scala
200Ω
2kΩ - 200kΩ
2MΩ
20MΩ
Incertezza
0.25%
0.15%
0.25%
1.0%
NOTA: l’incertezza strumentale indicata nella precedente tabella è da intendersi come percentuale del fondo
scala.
Se ad esempio si imposta lo strumento sulla portata di 2kΩ e si legge sul display un valore di 1.48kΩ la
maniera corretta per esprimere questa misura è:
1.48 kΩ ± (0.15% di 2kΩ) oppure 1.48 kΩ ± 3Ω
Lo strumento infatti ci fornisce solo due cifre decimali perché non garantisce sulla precisione della terza cifra
decimale, quella degli ohm.
CARATTERISTICHE: ogni multimetro usa una particolare simbologia per indicare alcune situazioni
particolari. Nel caso del multimetro usato come ohmetro sul display può essere visualizzata la scritta “OL”
(over load) oppure “1”.
Solitamente con queste sigle si vuole indicare il circuito aperto tra i due puntali o meglio una resistenza
infinita.
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MISURE DI CONTINUITÁ
PREMESSA: una delle operazioni di verifica che si esegue più spesso su un impianto elettrico di un veicolo
o semplicemente su di un componente è la prova di continuità.
Prima di tutto è necessario dare una definizione di continuità ohmica.
DEFINIZIONE: per continuità ohmica solitamente si intende un collegamento tra due punti di un conduttore
che non presenti complessivamente una resistenza superiore ai 200ohm.
Quindi lo strumento di misura in realtà funziona sempre da ohmetro solo che in questo caso fornisce un
segnale acustico (buzzer) quando rileva una resistenza inferiore ai 200ohm.
Prova di continuità di un cablaggio.
ATTENZIONE: Come è stato anche evidenziato nella figura precedente, quando si esegue una prova di
continuità di un tratto di cavo è necessario staccare uno dei due estremi dal resto dell’impianto perché
altrimenti si rischia di non rilevare se il cavo è interrotto quando c’è una via alternativa per la corrente.
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3.2.
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VOLTMETRO - MISURE DI TENSIONE
PREMESSA
Per le misure di tensione solitamente i multimetri mettono a disposizione due possibili funzionalità:
• misura di tensioni continue
• misura di tensioni alternate
Solitamente in campo veicolistico si eseguono misure di tensioni continue. Per quanto riguarda le misure di
tensioni alternate bisogna prestare attenzione a come interpretare la misura fornita dallo strumento.
MISURE DI TENSIONE ALTERNATA
Teoricamente lo strumento fornisce il valore efficace della tensione alternata. Questo è vero solo se:
• la tensione alternata è perfettamente sinusoidale
oppure se:
• il voltmetro è a vero valore efficace
In tutti gli altri casi vi sono delle forti approssimazioni da tenere presente.
CRITICITÁ DELLE MISURE IN ALTERNATA
Il valore efficace di una tensione alternata può essere misurato o calcolato in vari modi. Il modo più semplice
è quello di misurare il valore di picco del segnale e poi applicare la formula:
Vrms =
Vp
2
Questa formulazione è valida però solo per le forme d’onda perfettamente sinusoidali. Per tutte le altre si
dovrebbero usare dei coefficienti di divisione diversi e da calcolare di volta in volta.
Ricordiamo che il valore efficace di una tensione elettrica esprime il suo valore energetico. Essa corrisponde
infatti al valore che una tensione continua dovrebbe avere per produrre gli stessi effetti energetici su uno
stesso carico resistivo.
Per misurare questa grandezza senza conoscere i vari coefficienti di divisione è possibile usare i cosiddetti
voltmetri a vero valore efficace che invece di eseguire il calcolo sopra esposto valutano effettivamente il
contenuto energetico della tensione.
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MISURE DI TENSIONE CONTINUA
Per effettuare una misura di tensione continua ovvero di differenza di potenziale elettrico tra due punti di un
circuito bisogna prima di tutto impostare lo strumento nel settore indicato con il simbolo (V=).
È consigliabile impostare lo strumento prima sul fondo scala maggiore per evitare danni nel caso di tensioni
inaspettate per poi scendere fino al valore che consente una migliore precisione di misura.
Esempio di misura di una tensione continua.
NOTE: per effettuare una misura di tensione bisogna inserire lo strumento in parallelo al circuito o al
componente ai cui capi si vuole controllare la caduta di tensione.
Idealmente lo strumento misura la tensione tra i puntali senza perturbare il funzionamento del circuito in
esame.
ASSORBIMENTO DELLO STRUMENTO: in realtà lo strumento di misura presenta un certo assorbimento
che viene identificato con il suo valore di resistenza interno.
Questo valore di resistenza interna non è fisso ma può dipendere dal fondo scala impostato, valori tipici di
questa grandezza possono essere:
20.000 ohm/volt
10 Mohm
Il primo valore (20000 ohm/V), relativo solitamente a multimetri analogici di vecchia generazione, è riferito al
fondo scala, cioè alla portata di 20V si ha una resistenza di ingresso pari a 400kohm.
Invece il secondo (10Mohm), relativo ad un multimetro digitale, è fisso ed indipendente dal fondo scala
impiegato.
ESEMPIO
Per chiarire il problema dell’assorbimento da parte dello strumento di misura riconsideriamo l’esempio
riportato nella figura precedente.
Supponendo una resistenza di ingresso dello strumento di 400kohm si ha un parallelo tra la resistenza da
10kohm e quella da 400kohm.
1
1
1
+
10k 400k
= 9.756k
Quindi il partitore risulterà sbilanciato e la tensione ai capi dei puntali sarà:
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12V ⋅
9.756kΩ
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= 5.93V
10kΩ + 9.756kΩ
La differenza rispetto ai 6V teorici è abbastanza evidente perché la resistenza interna dello strumento
(400kohm) è paragonabile a quella su cui si è eseguita la misura (10kohm).
Naturalmente con una resistenza di ingresso da 10Mohm (multimetro digitale) il problema sarebbe stato
molto meno evidente.
Rappresentazione dell’assorbimento di un voltmetro.
DATI DI TARGA DEL VOLTMETRO
Un esempio di dati di targa relativi alle incertezze strumentali di un voltmetro sono riportati nella seguente
tabella.
Notare la completa differenza tra l’incertezza della misura di tensione continua da quella di tensione
alternata. Il motivo di questa enorme differenza risiede nella differente tecnica di misura.
Infatti in questo caso il multimetro fornisce la misura del vero valore efficace della tensione alternata e tale
misura viene effettuata con metodi di tipo energetico.
Impostazione
Vdc
Vac
Fondo scala
200mV
1000V
200 mV
200mV
200V
200 mV
–
0.05%
10µV
–
1.0%
10µV
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Incertezza
Risoluzione
Incertezza
Risoluzione
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NOTA
Notare che nell’impostazione Vac l’incertezza della portata più bassa (1% di 200mV) risulta di 2mV quindi
l’indicazione della risoluzione è solo da considerare come numero di cifre decimali (due in questo caso) che
appaiono sul display ma non è pensabile poter misurare una grandezza di 10µV.
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3.3.
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AMPEROMETRO – MISURE DI CORRENTE
ACCORGIMENTI
Per effettuare una misura di corrente, oltre ad impostare lo strumento nel settore contrassegnato dalle sigle
(A=) o (A~), bisogna anche interrompere la maglia elettrica in un punto.
Infatti per misurare la corrente bisogna inserire lo strumento in serie nella maglia di cui si vuole conoscere la
corrente circolante.
Naturalmente il cavo nero del multimetro questa volta andrà collegato alla boccola contrassegnata con la
lettera (A) o con quella (10A) a seconda dell’intensità di corrente che si intende misurare.
CRITICITÁ
Un accidentale inserzione in parallelo dello strumento impostato per misure di corrente può causarne seri
danni in quanto, contrariamente alla predisposizione per misure di tensione, in questa impostazione la
resistenza interna dello strumento è molto bassa.
Esempio di misura di corrente continua.
ASSORBIMENTO DELL’AMPEROMETRO
Inserendo l’amperometro in serie nella maglia elettrica idealmente non dovrebbe succedere nulla. In realtà lo
strumento presenta una piccola resistenza interna che perturba il normale funzionamento del circuito.
La qualità di un amperometro dal punto di vista del consumo è infatti valutata in base al valore più o meno
basso di questa resistenza interna.
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Schema di assorbimento dell’amperometro.
Impostazione
Adc
Aac
Fondo scala
200µA
0.5%
200mA
20A
2.0%
10nA
200µA
200µA
0.8%
200mA
20A
2.5%
10nA
200µA
Dati di targa reali di un amperometro.
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Incertezza
Risoluzione
Incertezza
Risoluzione
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3.4.
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LA POTENZA ELETTRICA
Rappresentazione dell’attrito cui sono soggetti gli elettroni.
PREMESSA:
Il “rallentamento” che gli elettroni subiscono attraversando una resistenza, definito come caduta di
tensione, in pratica consiste nella trasformazione di una parte della loro energia cinetica in calore.
DEFINIZIONE:
La potenza assorbita dalla resistenza è quindi identificabile con la quantità di calore che questa produce
per effetto del passaggio di corrente. È chiaro quindi che tale potenza sia direttamente proporzionale alla
corrente e alla tensione.
P = V⋅I
Altre formulazioni della stessa legge sono ricavabili usando la legge di Ohm:
V2
P=
R
P = R ⋅ I2
GRANDEZZA
SIMBOLO
UNITÁ
DI
SIMBOLO
DELLA
STRUMENTO
DI
ELETTRICA
DELLA
G.E.
MISURA
U. DI M.
MISURA
potenza
P
watt
[W]
wattmetro
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3.4.1.
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ESEMPIO: LA LAMPADA
PREMESSA:
Un classico esempio di apparecchio caratterizzato dalla sua potenza elettrica è quello della lampada.
Le lampade infatti oltre che la loro tensione di funzionamento riportano, sui dati di targa, anche la potenza elettrica.
CARATTERISTICHE:
Dai dati di targa di una lampada come quella in figura (12Volt 60/55Watt) si può ricavare la resistenza a caldo dei
due filamenti.
R1 = 122 / 60 = 2.40 Ω
R2 = 122 / 55 = 2.62 Ω
Come si può notare il filamento con maggiore resistenza ha una minore potenza.
NOTA:
Misurando la resistenza del filamento a freddo con uno
strumento di misura si trova un valore certamente più
basso perché il materiale ha un coefficiente di temperatura
positivo.
Quindi il valore di resistenza reale va ricavato misurando
tensione e corrente con la lampada accesa ed usando poi
la legge di Ohm.
Lampada per autoveicolo.
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3.4.2.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
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EFFETTO DELLA POTENZA ELETTRICA SUI CAVI
PREMESSA:
I cavi usati negli impianti elettrici sono dimensionati secondo la massima corrente che li deve attraversare.
Solitamente i costruttori di cavi definiscono per ogni cavo un parametro:
2
DENSITÀ DI CORRENTE AMMESSA = AMPÈRE / MM
Cioè la massima corrente (ampère) per unità di superficie della sezione (mm2).
CRITICITÁ:
Il problema del corretto dimensionamento di un cavo è legato alla sua resistenza specifica (resistenza per
unità di lunghezza) e alla massima corrente che lo attraversa perché attraverso questi due parametri è
definita la massima potenza che si deve dissipare.
P = R ⋅ I2
DISSIPAZIONE DI POTENZA:
La corrente elettrica che transita in un cavo, a causa della resistenza interna del cavo, ne provoca un
surriscaldamento.
La potenza termica che si genera ha bisogno quindi di essere dissipata all’esterno e la velocità e la
quantità di calore dissipabile dipende dalla guaina.
Infatti la guaina del cavo è l’elemento più esposto e più sensibile al calore che si genera nel cavo e ne
implica i limiti di utilizzo.
CADUTA DI TENSIONE:
Un altro parametro che caratterizza un cavo è la caduta di tensione per unità di lunghezza legata alla
resistenza. Fissata la massima corrente che deve attraversare un cavo se ne fissa anche il diametro e
quindi anche la resistenza e la caduta di tensione.
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4.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
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PRINCIPI DI ELETTROSTATICA
4.1.
IL CAMPO ELETTRICO
PREMESSA: come si è già detto in precedenza il moto di elettroni all’interno di un corpo conduttore è
provocato da forze elettriche di attrazione e di repulsione.
Queste forze elettriche sono meglio definite come CAMPO ELETTRICO.
Collegando come in figura due piastre metalliche ai poli di una batteria si avrà che la piastra collegata al
polo negativo sarà “invasa” di elettroni, mentre quella collegata al polo positivo sarà “svuotata” di elettroni.
Il risultato è che tra le due piastre così caricate si è creato un CAMPO ELETTRICO.
Il campo elettrico è un fenomeno che si manifesta nello spazio ed è in grado di indurre una forza su una
carica elettrica posta al suo interno.
Ciò vuol dire che ponendo un elettrone nello spazio tra le due piastre questo sarebbe attratto dalla piastra
carica positivamente e respinto da quella carica negativamente.
In figura è rappresentato questo caso.
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4.2.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
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IL CONDENSATORE
PREMESSA:
Quello che si è ottenuto caricando le due piastre, oltre a creare un campo elettrico, è di accumulare delle
cariche elettriche.
Supponendo di staccare la batteria dalle due piastre dopo averle caricate, le cariche resterebbero bloccate
e in teoria lo stato di carica dovrebbe permanere indefinitivamente.
In pratica si è ottenuto un condensatore di cariche elettriche.
CAPACITÁ DEL CONDENSATORE:
È intuitivo pensare che la quantità di cariche elettriche accumulabili tra le due piastre (armature) del
condensatore non è infinita ma dipende dalla grandezza delle piastre stesse.
Prima di tutto è necessario dire che l’accumulo di cariche continua finché la differenza di potenziale tra le
piastre non eguaglia quello della batteria. Quindi una prima formulazione della capacità è:
q
C=
V
Infatti aumentando la tensione V aumenta il numero di cariche q che si riesce ad immagazzinare tra le
piastre. Ossia la capacità è uguale al rapporto tra la carica elettrica fornita Q e la differenza di potenziale V
La capacità dipende dalla superficie delle piastre (S), dalla loro distanza (d) e dal materiale che vi si
interpone (ε).
C=ε
S
d
Quindi si può affermare che la capacità di un condensatore dipende esclusivamente dalle sue
caratteristiche geometriche.
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4.2.1.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
TIPOLOGIE DI CONDENSATORI
CARATTERISTICHE COMMERCIALI
I condensatori più diffusi sono fondamentalmente di due
tipi:
condensatori a carta (o film plastico)
condensatori elettrolitici
CONDENSATORI A CARTA
Questo tipo di condensatore è costituito da due fogli in
genere di alluminio con interposti dei sottilissimi fogli di
carta o di film plastico. Inoltre i due fogli possono essere
piatti oppure arrotolati su loro stessi per avere una struttura
più compatta.
CONDENSATORI ELETTROLITICI
Questo tipo di condensatore è composto da una piastra
costituita da un foglio di alluminio sul quale è distribuito un
composto elettrolitico che funge da seconda piastra. Tra il
foglio di alluminio e l’elettrolita si forma una patina di
ossido di alluminio che funge da dielettrico.
Naturalmente perché questo ossido si formi correttamente
il condensatore deve essere caricato secondo una polarità
ben precisa che è ben evidenziata sul contenitore esterno.
In caso di inversione di polarità il condensatore si
surriscalda e potrebbe esplodere.
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COMPONENTE
condensatore
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
GRANDEZZA
SIMBOLO
UNITÁ DI
ELETTRICA
DELLA G.E.
MISURA
capacità
C
farad
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SIMBOLO
DELLA
U. DI M.
SIMBOLI
GRAFICI
[F]
CARICA E SCARICA DEL CONDENSATORE:
La fase di accumulo e quella di scarica del condensatore sono regolate da un andamento ben preciso della
tensione tra le due piastre.
Poiché la fase di scarica è quella più importante per gli scopi veicolistici analizziamo solo questa anche
perché la fase di carica è analoga.
Chiudendo un condensatore carico su un resistore R tramite un interruttore, come indicato in figura, la
tensione ai sui capi segue il seguente andamento:
V = V0 ⋅ e
−
t
RC
Questo andamento è tracciato nel grafico sotto riportato.
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NOTA:
Dopo un lasso di tempo pari ad RC secondi a partire dall’istante t0 la tensione sul condensatore, che
all’inizio era pari a V0, scende del 64%.
In genere si assume che il condensatore sia completamente scarico dopo un tempo pari a 5RC (tensione
scesa oltre il 99% del valore iniziale).
APPLICAZIONI
Nei veicoli industriali i condensatori trovano scarso impiego come componenti singoli. In alcuni casi
possono trovare impiego come limitatori o soppressori di disturbi elettrici. Generalmente i condensatori,
sono parte integrante di circuiti complessi come le centraline elettroniche.
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5.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
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PRINCIPI DI ELETTROMAGNETISMO
L’elettromagnetismo è il ramo dell’elettrotecnica che si occupa di spiegare tutti i fenomeni legati al moto
degli elettroni all’interno di corpi conduttori.
Questi fenomeni spesso sono sfruttati per far funzionare gli elementi elettromeccanici, a volte sono di
disturbo al funzionamento del sistema.
5.1.
IL MAGNETISMO NATURALE
PREMESSA:
E’ possibile trovare in natura un minerale di ferro, detto magnetite che ha la caratteristica di attirare pezzi di
ferro posti nelle vicinanze. I fenomeni che hanno origine da questo minerale sono perciò detti magnetici.
Calamita prismatica
Calamita a ferro di cavallo
CARATTERISTICHE:
L’azione magnetica si esercita sui materiali ferrosi. In particolare le forze di attrazione sono maggiori alle
estremità della calamita. Tali estremità prendono il nome di poli; precisamente:
polo nord e polo sud
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5.2.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
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FORZE MAGNETICHE
Poli uguali si respingono
Poli opposti si attirano
ANALOGIA ELETTRICA: analogamente a quanto avviene per le cariche elettriche i poli di uguale segno si
respingono, mentre quelli di segno opposto si attraggono.
INDIVISIBILITÁ DEI POLI MAGNETICI: se si prende un magnete permanente e lo si divide al centro, in
modo da separare il polo nord dal polo sud, si trova che sulle due facce ottenute si hanno ancora un nord e
un sud; ossia si ottengono due magneti ciascuno dotato di due poli. Se si ripete l’operazione quante volte si
vuole, si ottengono sempre degli altri magneti, di dimensioni via via più piccole, ma ciascuno con i suoi due
poli.
Ciò porta a concludere che “i poli magnetici non si possono isolare”: anche avendo un magnete sottile come
un foglio di carta, una faccia sarebbe il polo nord e l’altra il polo sud.
Indivisibilità dei poli magnetici.
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5.3.
IMPIANTO ELETTRICO DI BASE
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IL CAMPO MAGNETICO
PREMESSA: tra il polo nord di un magnete e il polo sud di un altro magnete si crea un fenomeno che
induce delle forze su oggetti ferrosi che vi si trovano in mezzo.
Questo fenomeno prende il nome di CAMPO MAGNETICO.
RILEVAZIONE DEL CAMPO MAGNETICO: per rilevare e materializzare il tracciato delle “forze
magnetiche” nello spazio che costituisce il campo magnetico, si può adagiare una lastra di vetro sopra due
magneti, uno a forma di prisma e l’altro a ferro di cavallo. Spargendo sulla lastra della limatura di ferro si
potrà notare che questa si dispone secondo le “linee di forza” del campo magnetico rendendone possibile
la visualizzazione. Con questa operazione si ottengono quindi gli “spettri magnetici”.
Rilevazione del campo magnetico.
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Linee di forza del campo magnetico
CONVENZIONI USATE: le linee di forza o di flusso di un magnete per convenzione si intendono sempre
USCIRE DAL POLO NORD e RIENTRARE NEL POLO SUD.
INDUZIONE MAGNETICA: ci sono dei materiali che hanno la proprietà di “catturare” le linee di forza.
Quando ad esempio un pezzo di ferro viene posto nelle vicinanze di una calamita, le linee di forza del
campo magnetico “preferiscono” addensarsi all’interno del materiale anziché disporsi normalmente.
Questa proprietà, che dipende dal materiale, è chiamata PERMEABILITÀ MAGNETICA.
ESEMPI: per esempio il ferro e le sue leghe hanno una permeabilità molto elevata, mentre altri materiali
quali l’acciaio inox, il rame, l’alluminio, la ceramica, il legno, la plastica ed il vetro non presentano questa
proprietà, non costituiscono cioè un cammino preferenziale per le linee di forza, hanno una permeabilità
molto bassa.
I materiali con permeabilità magnetica molto bassa posti nelle vicinanze di una calamita non ne modificano
le linee di flusso.
CONSEGUENZE: quando le linee di campo magnetico attraversano un materiale ad alta permeabilità,
come il ferro, si addensano e nel materiale si induce un campo magnetico aggiuntivo che aumenta
l’intensità di quello esterno.
Ciò vuol dire che il pezzo di ferro posto nel campo magnetico creato da un magnete si comporta anche lui
come un magnete.
Questa caratteristica è molto importante per comprendere il funzionamento di molti dispositivi
elettromeccanici.
6.
L’ELETTROMAGNETISMO
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corrente
Limatura di ferro nel campo magnetico
prodotto da una corrente rettilinea
PREMESSA: i fenomeni magnetici naturali possono essere riprodotti utilizzando la corrente elettrica.
Infatti inviando corrente entro un conduttore, un ago magnetico libero di ruotare e posto nelle vicinanze del
conduttore, si muove ed assume una posizione ben precisa.
ESPERIENZA PRATICA: disponendo un piano orizzontale e un conduttore perpendicolare ad esso come
indicato nella figura precedente si osserva che al passaggio di una intensa corrente la limatura di ferro
sparsa sul piano si dispone di tanti filetti circolari concentrici al conduttore che materializzano le linee di
forza del campo creato dal conduttore.
Dunque la corrente elettrica che scorre in un conduttore crea un campo magnetico ad esso circostante.
VERSO DEL CAMPO MAGNETICO: il campo magnetico che si crea intorno al conduttore percorso da
corrente segue il verso indicato nella seguente figura. Il verso è identificabile con il sistema detto della
“mano destra”.
Verso del campo magnetico intorno al conduttore.
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6.1.1.
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CAMPO MAGNETICO NEL SOLENOIDE
APPLICAZIONI TECNICHE: nelle applicazioni tecniche il campo magnetico prodotto da corrente elettrica è
ottenuto avvolgendo un filo a spirale su se stesso o su una barretta di ferro. Si ottiene così una bobina o
solenoide.
Quando il filo del solenoide è percorso dalla corrente elettrica nello spazio interno al solenoide si genera
un campo magnetico.
Il verso del campo magnetico all’interno del solenoide è identificabile usando ancora il metodo della “mano
destra” come indicato in figura.
Verso del campo magnetico all’interno di un solenoide.
LINEE DI CAMPO NEL SOLENOIDE: nell’interno del solenoide le linee di forza, generate dalla corrente e
rivelate dallo spettro magnetico, hanno direzione assiale. L’aspetto delle linee di forza formate da una
bobina è simile a quello delle linee di forza generate da una calamita.
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Linee di campo magnetico generate all’interno del solenoide.
NOTE:
Si può osservare nella figura che ai due estremi del solenoide si generano le due polarità nord e sud.
Inoltre invertendo il verso della corrente elettrica nella bobina, si invertono anche le polarità magnetiche.
Inversione del campo magnetico nel solenoide.
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6.2.
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INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
L’ELETTROMAGNETIZZAZIONE: il solenoide presenta una caratteristica particolare di notevole interesse:
se si pone al suo interno un nucleo di ferro, esso di magnetizza con polarità corrispondenti a quelle del
solenoide. Si ottiene così un magnete temporaneo chiamato “elettro-magnete”, il cui comportamento è
influenzabile dall’esterno inviando o meno corrente entro l’avvolgimento.
Magnetizzazione del nucleo del solenoide.
ESEMPIO: se una barretta di ferro viene posta di fronte alla faccia di un solenoide percorso da corrente, essa
si magnetizza per “induzione”, e viene attratta all’interno del solenoide fino a raggiungere la posizione
mediana di equilibrio.
Il fenomeno è chiamato “potere di attrazione del solenoide”.
Attrazione magnetica del solenoide.
APPLICAZIONI TECNICHE: tra le applicazioni tecniche di maggiore interesse di questo fenomeno
elettromagnetico si ricordano:
•
l’innesto del motorino d’avviamento,
•
i relè
•
le elettrovalvole.
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6.3.
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RELÈ
I relè sono dispositivi elettromeccanici progettati per alimentare carichi o sistemi elettrici di natura ed entità
diversa che funzionano correttamente se viene data e tolta la tensione di alimentazione in tempi rapidi.
COMPOSIZIONE INTERNA
La composizione interna di un relè si può riassumere nell’esempio sottoriportato raffigurante il relè tipo mini
che fino ad oggi è stato il componente più diffuso presso Fiat Auto.
Legenda:
G. Contatto fisso
A. Molla
H. Contatto mobile
B. Terminali Lamellari
I.
Rocchetto bobina
C. Lamina porta contatto
J.
Bobina
D. Treccia
K. Ancora fissa
E. Basetta
L. Ancora mobile
F. Resistenza
M. Coperchio
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7.
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IL TRASFORMATORE
PREMESSA: finora si è visto che il passaggio di corrente costante in un conduttore crea nello spazio
circostante un campo magnetico, ma non è vero che un campo magnetico costante induce una corrente.
Affinché un campo magnetico induca in un conduttore una corrente esso deve avere intensità variabile. Un
campo magnetico variabile lo possiamo ottenere alimentando un solenoide con una corrente variabile
ottenuta ad esempio agendo su un interruttore, aprendolo e chiudendolo.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: affiancando due solenoidi di cui uno sia percorso da corrente variabile e
quindi che generi un campo magnetico variabile si ha una induzione di corrente nel secondo. Tale corrente
sarà proporzionale all’intensità del campo magnetico ed alla sua rapidità di variazione.
RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE: i trasformatori sono caratterizzati, oltre che dalla massima corrente che
possono sopportare attraverso le spire, dal rapporto di trasformazione.
Come si è visto ogni spira produce un campo magnetico, è quindi intuitivo che un solenoide con molte spire
produce un campo magnetico più intenso di uno con poche spire.
Poiché nel trasformatore il campo magnetico di un solenoide confluisce nell’altro si avrà una intensità di
corrente indotta dipendente dal numero di spire che inducono e dal numero di spire indotte.
I out =
N in
⋅ I in
N out
Dove Nin ed Nout indicano il numero di spire dei solenoidi di ingresso e di uscita del trasformatore.
7.1.
L’AUTOINDUZIONE E LA MUTUA INDUZIONE
PREMESSA: quello che si è analizzato per il trasformatore è un esempio di mutua induzione.
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Infatti si parla di mutua induzione quando si riesce ad indurre una tensione elettrica in un solenoide usando
un altro solenoide ad esso accoppiato.
Tale fenomeno si verifica anche su un solo solenoide e in questo caso si parla di AUTO INDUZIONE.
AUTOINDUZIONE: aprendo l’interruttore del circuito schematizzato in figura si ha una rapidissima riduzione
della corrente che circola nel solenoide e quindi anche del campo magnetico. Come si è già detto la
variazione di campo magnetico induce una tensione e quindi nel solenoide si autoinduce una tensione
contraria a quella che è appena stata tolta aprendo l’interruttore.
Il risultato è che tra i contatti dell’interruttore si crea un arco elettrico (scintilla).
Questo fenomeno è anche chiamato EXTRACORRENTE DI APERTURA.
ANALOGIA IDRAULICA: l’analogia idraulica più adatta per spiegare il fenomeno delle extracorrenti di
apertura è quella della turbina. Associamo quindi il solenoide alla turbina.
Quando una turbina è posta in rotazione da una certa portata di fluido e si interrompe rapidamente questa
portata si ha che l’inerzia della turbina crea delle sovrapressioni sul circuito.
In pratica la turbina si oppone alla riduzione di portata creando essa stessa una pressione così come il
solenoide si oppone alla riduzione di corrente elettrica creando una tensione che si manifesta come arco
elettrico.
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NOTE: nel caso (A) la pompa P spinge il fluido in entrambi i rami del circuito idraulico mettendo in
rotazione la turbina.
Nel caso (B) la saracinesca blocca la pompa ma la turbina che era già in rotazione continua per inerzia a
far circolare il fluido nel ramo centrale. Il verso del fluido nel ramo centrale è però contrario a quello del
caso (A).
CRITICITÁ: l’arco elettrico che si crea ogni volta che si cerca di aprire un circuito in cui sia presente una
bobina (ad esempio nei relè) può seriamente danneggiare i contatti.
Per prevenire questo inconveniente solitamente in parallelo al solenoide si collega un condensatore che ha
il compito sia di immagazzinare la extratensione generata dal solenoide che di evitare l’inutile spreco di
energia che l’arco elettrico comporta.
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7.1.1.
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ESEMPIO: LA BOBINA DI ACCENSIONE
PREMESSA:
Una classica applicazione dei fenomeni di auto e mutua induzione è quella della bobina di accensione. In
questo dispositivo si sfrutta l’autoinduzione per creare un campo magnetico che vari molto rapidamente e la
mutua induzione per generare una tensione di intensità molto elevata.
FUNZIONAMENTO:
La puntina platinata presente nello spinterogeno è in pratica l’interruttore che apre il circuito del solenoide
primario del trasformatore schematizzato in figura.
Notare la presenza del condensatore di protezione.
All’apertura del circuito si crea un campo magnetico molto intenso e che varia molto rapidamente. Questo
induce una forte tensione nel secondario del trasformatore.
La tensione sul secondario è resa ancora più intensa dal rapporto di spire del trasformatore che è di circa
1:1000. Questo rapporto consente di avere una tensione di migliaia di volt in uscita da secondario,
necessaria per far scoccare l’arco elettrico nella candela.
Schema semplificato di accensione comandata.
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8.
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GENERAZIONE DI TENSIONE
PREMESSA: nel trasformatore si è visto che una variazione di campo magnetico induce in un corpo
conduttore una corrente elettrica.
Se ora si immagina di spostare un conduttore da una zona senza campo magnetico ad una con un forte
campo magnetico l’effetto che si ha è molto simile.
In figura è rappresentato il fenomeno descritto che è poi la base della trasformazione di energia meccanica
in energia elettrica degli alternatori.
Generazione di corrente elettrica.
FUNZIONAMENTO: in pratica in un conduttore spostato con una forza (F) attraverso un campo magnetico
(B) si induce una corrente (I) proporzionale sia ad F che a B e al loro verso relativo.
Aggiungere formula V=∆Ф/∆t_
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GENERAZIONE CONTINUA DI CORRENTE
Poiché non è possibile realizzare un generatore di corrente che funzioni in maniera discontinua come quello
sopra in pratica quello che si fa è far ruotare una spira all’interno di un campo magnetico continuo.
In questo modo nella spira si genera una corrente alternata.
Corrente generata dalla rotazione di una spira in un campo magnetico.
FUNZIONAMENTO: quando la spira si trova in orizzontale i due conduttori non tagliano le linee di campo
magnetico e quindi non si induce corrente, mentre quando i conduttori tagliano le linee di campo
magnetico si genera corrente uscente nel conduttore che si muove verso destra ed entrante in quello che
va verso sinistra.
Questo è il principio di funzionamento dell’alternatore.
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9.
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ALTERNATORE
1 statore
2 ponte
3 regolatore
4 rotore
GENERALITÁ: l’alternatore, o generatore elettrico, ha il compito di erogare energia elettrica per
l’alimentazione degli utilizzatori di bordo, nonché per la ricarica della batteria servizi. Esso deve quindi
possedere i seguenti requisiti:
alimentare l’impianto di bordo con tensione continua;
caricare la batteria anche in condizioni di utilizzatori inseriti e con il motore al minimo;
generare una tensione costante per tutto il campo di giri del motore e indipendentemente dalla corrente
erogata;
resistere alle diverse sollecitazioni causate da: sbalzi di temperatura, impurità, umidità, carburanti e
lubrificanti;
peso e ingombro minimo;
silenziosità di funzionamento;
durata nel tempo.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: l’alternatore, macchina elettrica sincrona, è un generatore di corrente
alternata trifase basato sul principio dell’induzione magnetica. Per tale principio, in un conduttore avvolto a
spirale che ruota all’interno di un campo magnetico si produce una tensione elettrica indotta; se la
rotazione è uniforme allora la tensione indotta avrà un andamento sinusoidale.
Tale tensione indotta aumenta al crescere del campo magnetico e della velocità di rotazione.
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IL CAMPO MAGNETICO: nell’alternatore il campo magnetico è generato dall’avvolgimento rotorico che
viene attraversato dalla corrente di eccitazione.
La densità del campo magnetico dipende dal numero di spire dell’avvolgimento rotorico e dall’intensità di
corrente che vi scorre. Inoltre essa viene intensificata dalla presenza di un nucleo di ferro dolce
magnetizzabile.
Variando la corrente d’eccitazione è possibile variare il campo magnetico ed indirettamente anche
l’intensità della corrente indotta.
Non appena nel rotore scorre una certa intensità di corrente, visto che questo è posto in rotazione dal
motore termico, si ha una induzione di corrente trifase nello statore che funge da indotto.
AUTOECCITAZIONE: l’alternatore lavora in autoeccitazione in quanto la corrente d’eccitazione,
inizialmente prelevata dalla batteria (corrente di preeccitazione, limitata dalla lampada spia generatore),
viene in seguito derivata dal circuito trifase e, previo raddrizzamento, indirizzata al rotore.
STRUTTURA DELL’ALTERNATORE: l’alternatore è costituito dai seguenti elementi:
1.
2.
3.
4.
rotore
statore
regolatore
ponte raddrizzatore
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Esempio schema elettrico di alternatore Fiat Punto 188
Legenda
1, Rotore Alternatore
2, Statore Alternatore
3, Ponte diodi zener tipo 'pressfit'
4, Regolatore di tensione tip
- (B+) positivo diretto batteria
- (D+) uscita per lampada spia
- (GND) massa regolatore di tensione
- (PH) fase alternatore
- (DF) spazzola a contatto strisciante
5, Batteria
6, Chiave di accensione
7, Body Computer (M1)
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STATORE:
Strutturalmente si presenta come un pacco di lamierini isolati tra loro con un certo numero di cave ottenute
per tranciatura.
Gli avvolgimenti, collegati a stella o triangolo e sfasati tra loro di 120°C, sono disposti intorno ai lamierini
passando nelle cave.
1 - Statore collegamento a stella
2 - Statore collegamento a triangolo
Lo statore è fissato all'interno dei supporti anteriore e posteriore in posizione centrale.
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ROTORE:
Sull'albero induttore sono montati:
•
il collettore
•
le ruote polari
•
l'avvolgimento d'eccitazione
Il collettore è formato da due anelli ad ognuno dei quali è collegato un estremo dell'avvolgimento
d'eccitazione realizzato con un filo unico ed avvolto all'interno delle due ruote polari.
Ogni ruota polare è munita di 6 poli magnetici o espansioni polari.
Le estremità dell'albero del rotore sono piantate su due cuscinetti, a loro volta bloccati dentro i supporti
anteriore e posteriore, che ne permettono la rotazione.
In alcuni alternatori, ventilati interni, è possibile trovare il cuscinetto posteriore, anziché ancorato al supporto,
piantato sull'albero del rotore.
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PONTE RADDRIZZATORE:
Il suo compito è quello di raddrizzare la tensione alternata trifase generata dall'alternatore.
Normalmente il ponte è costituito da 6 diodi di potenza di cui 3 positivi e 3 negativi. In alcuni alternatori sono
previsti ulteriori 2 diodi per il raddrizzamento del centro stella o punto neutro.
I diodi sono disposti 2 per ogni fase in modo da ottenere un raddrizzamento ad onda intera.
Questo tipo di raddrizzamento permette di addizionare gli inviluppi positivi e negativi delle semionde
raddrizzate producendo una tensione continua leggermente ondulata.
Tale ondulazione viene livellata dalla batteria servizi collegata in parallelo (effetto condensatore).
Nota: in alcune realizzazioni i diodi per ogni fase possono essere anche 4, collegati in parallelo 2 a 2, e ciò
dipende dall'erogazione dell'alternatore (normalmente superiore a 100A).
I diodi sono piantati o saldati su di un ponte radiante, di alluminio o rame, con funzione di dissipatore
termico.
Il ponte, solitamente realizzato in due semigusci, può assumere diverse forme; la più utilizzata è quella a
ferro di cavallo con diodi piantati.
Sul ponte trovano spazio, nelle configurazioni che li prevedono, anche i 3 diodi di eccitazione i quali hanno il
compito di derivare la corrente dal circuito di corrente trifase dell'alternatore allo scopo di alimentare
l'avvolgimento d'eccitazione e un carico esterno, prelevato sul D+, fino ad un massimo di 1A.
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Negli alternatori sprovvisti di trio d'eccitazione la corrente viene derivata direttamente dai diodi di potenza.
In questi alternatori la corrente di pre eccitazione viene prelevata direttamente dalla batteria (batteria
collegata direttamente ad un capo dell'avvolgimento d'eccitazione tramite la spazzola A+), senza
attraversare il contatto chiave commutatore avviamento e lampada spia.
Questo tipo di configurazione, adottata solitamente con i regolatori multifunzione,
presuppone un assorbimento a vuoto, chiave commutatore avviamento disinserita, fino ad un massimo di
3mA.
I diodi utilizzati per il raddrizzamento della tensione trifase possono essere di due tipi:
•
Normali diodi al silicio
•
Diodi zener
1. diodo normale al silicio
2. diodo Zener
Nota: La caratteristica di ambedue i diodi se polarizzati direttamente e di far passare corrente dall''anodo
verso il catodo (V+ I+): quindi un diodo zener si comporta come un normale diodo al silicio.
Se polarizzati inversamente, inizialmente non passa corrente dal catodo verso l''anodo fino al valore VZ
Oltre il valore VZ il diodo normale si distrugge, il diodo zener continua invece a funzionare normalmente in
quanto la sua resistenza in queste condizioni diminuisce bruscamente.
Il diodo di zener è quindi un diodo stabilizzatore di tensione.
Nell''auto è utilizzato con tensioni da 4.7 a 24 Volt. Nel gruppo di regolazione è uno dei componenti più
importanti.
E’ spesso utilizzato per protezione all'inversione di polarità o come protezione alle extra- tensioni.
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I diodi zener, rispetto ai primi, possiedono la caratteristica di lasciar passare la corrente nel senso inverso
allorché la tensione di polarizzazione inversa supera il valore di una determinata soglia Vz.
Tale soglia negli alternatori è solitamente compresa tra 25 - 30Volt; ciò significa che tutti i picchi di tensione
superiori alle tensioni citate vengono tagliati facendo circolare la corrente nei diodi, che diventano, così, gli
elementi di dissipazione dell'energia contenuta nei picchi stessi.
Grazie a questa caratteristica i ponti a diodi zener svolgono una funzione di protezione centralizzata, contro
le sovratensioni. Negli alternatori con ponte raddrizzatore con diodi normali la protezione contro le
sovratensioni può essere realizzata con l'adozione di un diodo zener, di dimensioni maggiori rispetto ai
singoli zener utilizzabili sul ponte, montato esternamente tra B+ e la massa.
I diodi, oltre alla funzione di raddrizzamento, impediscono la scarica della batteria, a motore fermo o ad un
numero di giri sotto il minimo dove la tensione d'uscita dell'alternatore è inferiore di quella di batteria,
evitando di far passare corrente verso gli avvolgimenti statorici.
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9.1.1. REGOLATORE DI TENSIONE
Il regolatore è uno dei componenti più importanti dell'alternatore. La sua funzione è quella di cercare di
mantenere costante la tensione di uscita dell'alternatore, in tutto il range di funzionamento del motore
termico, in modo indipendente dal carico e dal numero di giri dello stesso. Inoltre per assicurare una ricarica
migliore della batteria nelle diverse condizioni climatiche, il regolatore compensa la tensione dell'alternatore
in funzione della temperatura (tensione più alta per temperature fredde e più bassa per quelle calde).
Attualmente il regolatore di tensione adottato su tutti gli alternatori è quello munito di portaspazzole
incorporato realizzato per il montaggio sul supporto posteriore.
Nota: il tipo esterno, per il montaggio sulla carrozzeria, collegato al portaspazzole tramite cablaggio e
connettore non viene più utilizzato.
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PRINCIPIO DELLA REGOLAZIONE: la tensione generata dall’alternatore aumenta al crescere del numero
di giri del rotore e dell’intensità della corrente d’eccitazione. Questo significa che in assenza di regolazione,
la tensione tenderebbe a salire in modo lineare a valori molto più alti di quella dell’impianto di bordo vettura
(12V).
La regolazione della tensione di uscita avviene tramite la regolazione della corrente d’eccitazione, (campo
magnetico), in modo indipendente dalla tensione generata dall’alternatore. Il regolatore non interviene fino
a quando la tensione generata dall’alternatore è inferiore alla tensione di regolazione. Appena tale valore
viene superato viene diminuita la corrente d’eccitazione in modo da ridurre la tensione di uscita
dell’alternatore fino ad un valore più basso della soglia di regolazione. A questo punto la corrente
d’eccitazione viene lasciata libera di salire e così via.
Da ciò ne consegue che l’alternatore è regolato per un sistematico e continuo aumento/diminuzione della
corrente di eccitazione. Il rapporto tra i tempi di “ON” e “OFF” determina il valor medio di tale corrente.
COMPENSAZIONE TERMICA: la tensione dell’alternatore viene compensata in funzione della temperatura
“letta” sul regolatore. Risulta evidente che, per una accurata compensazione, la misura dovrebbe essere
effettuata sulla batteria. Esiste, comunque, una correlazione per ovviare alle differenze dovute al delta
termico tra i due componenti.
Normalmente il range di temperatura “letta” sul regolatore, nel quale avviene la compensazione, varia tra –
40 e +110°C. La compensazione si rende necessaria in quanto il valore di resistenza interna della batteria
diminuisce all’aumentare della temperatura dell’elettrolito, e viceversa, per cui si andrebbe incontro al
rischio di sovraccaricare, con conseguente gassificazione/consumo di acqua o di non ricaricare in modo
adeguato la batteria.
CURVA DI COMPENSAZIONE TERMICA: la curva di compensazione della tensione in funzione della
temperatura è scelta in considerazione dei seguenti punti:
• posizione di montaggio della batteria (vano motore, vano bagagli, ecc.);
•
curva di tensione di gassificazione della batteria in funzione della temperatura;
•
caduta di tensione su cavo di collegamento batteria alternatore (eventuale presenza di fusibili,
resistenza del cavo, resistenze di contatto, ecc.);
•
tensione di alimentazione delle lampade (importante nella condizione di bassa temperatura);
TIPOLOGIE DI REGOLATORI: i regolatori si distinguono per la tecnologia di realizzazione nei seguenti
tipi:
•
•
regolatori a transistor;
regolatori ibridi (monofunzione);
• regolatori monolitici (monofunzione/multifunzione).
I primi sono stati soppiantati dai regolatori ibridi che sono realizzati con l’ausilio sia di componenti discreti
che di componenti attivi.
I regolatori monolitici, attualmente impiegati in larga misura, sono ottenuti realizzando tutti i componenti su
di un unico chip integrato. Con questa tecnica è stato possibile ottenere:
• aumento dell’affidabilità;
•
•
tolleranze di regolazione più strette sia per la tensione regolata che per la compensazione della
temperatura;
realizzazione di regolatori multifunzione.
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REGOLATORI MULTIFUNZIONE: un regolatore multifunzione, rispetto ai tradizionali monofunzione,
possiede le tre seguenti caratteristiche:
•
driver del campo separato dal driver lampada spia generatore;
•
segnalazioni di malfunzionamento legate alla mancata ricarica ed alla carica eccessiva (il
monofunzione segnala solo la mancata erogazione);
•
driver dedicato per pilotare un carico esterno sul D+ (su regolatore monofunzione il carico è
alimentato tramite i diodi di eccitazione).
VENTOLA DI RAFFREDDAMENTO: gli alternatori si differenziano in ventilati interni e ventilati esterni in
funzione del tipo di raffreddamento.
Nel caso di ventilato interno il raffreddamento è assicurato da due ventole alloggiate internamente al corpo
dell’alternatore, impaccate ai lati delle estensioni polari.
Nei ventilati esterni la ventola, di dimensioni maggiori rispetto a quelle interne, è sistemata esternamente al
corpo dell’alternatore nella posizione compresa tra il supporto anteriore e la puleggia.
Le ventole sono realizzate in lamiera di acciaio sottoposta a zincatura e l’orientamento delle pale è
conforme al senso di rotazione del motore.
CUSCINETTI: l’alternatore è munito di due cuscinetti alloggiati in una sede ricavata nel centro dei supporti
anteriore e posteriore. Negli alternatori ventilati interni il cuscinetto posteriore è calettato sull’albero rotore.
Il cuscinetto anteriore viene scelto in funzione del carico sulla cinghia di trasmissione del sistema
motore/alternatore nonché sulla distanza della puleggia rispetto al cuscinetto stesso (carico di sbalzo).
RIPARO POSTERIORE: il riparo, realizzato in lamiera o in plastica, ha lo scopo di proteggere gli organi
interni dell’alternatore da eccessi di temperatura. In particolar modo è necessario proteggere il regolatore
di carica ed il ponte di raddrizzamento.
In caso di temperature particolarmente elevate viene anche realizzato un bocchettone di presa aria che
con un tubo pesca aria più aerata in un’altra zona del vano motore.
9.2.
CARATTERISTICHE TECNICHE DEGLI ALTERNATORI
TENSIONE NOMINALE: il valore di targa della tensione del generatore è pari a 14V.
CURVA DI EROGAZIONE: nei grafici riportati nelle figure che seguono sono presenti le caratteristiche
minime di erogazione con tensione ai morsetti di 13.5V e temperatura ambiente di 25°C.
CORRENTE NOMINALE: viene definita attraverso due punti della curva di erogazione:
erogazione a 1800 rpm;
erogazione a 6000 rpm.
REGIONE DI LAVORO: è determinata dal rapporto di trasmissione motore/alternatore (dato dal rapporto
tra diametro puleggia motore e diametro puleggia alternatore) e dal range operativo, in termini di giri, del
motore termico.
Valori limite del rapporto di trasmissione sono condizionati da:
diametro minimo della puleggia alternatore: 60mm;
rapporto tra massimo numero di giri continuativo dell’alternatore e massimo numero di giri motore termico.
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Alternatore BOSCH K1-14V-23/55A
Tensione nominale
Velocità massima continuativa
Unità di
misura
V
giri/min
12
2000
Resistenza avvolgimento rotorico
ohm
3.4 ± 10% a 20°C
Caratteristiche
Limiti
Resistenza avvolgimento statorico tra fase e
ohm
fase
0.138 ± 10% a 20°C
Velocità massimo riscaldamento in giri
giri/min
2000 ÷ 4000
Sovrariscaldamento diodi
°C
≤ 80
Sovrariscaldamento lamierini statore
°C
≤ 65
Sovrariscaldamento avvolgimento statore
°C
≤ 110
Sovrariscaldamento avvolgimento rotore
°C
≤ 60
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Curva caratteristica di erogazione per alternatore BOSCH K1-14V-23/55A
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9.3.
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ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO DEGLI ALTERNATORI
PREMESSA: nella seguente tabella sono riassunte alcune anomalie di funzionamento degli alternatori in
relazione alle probabili cause che possono esserne origine.
Caratteristica legata alla causa
Anomalia manifestata
Possibili cause dell’anomalia
dell’anomalia
Scarica della batteria
Allentamento viti di fissaggio
Coppia di serraggio delle viti
Mancato avviamento
Regime di minimo motore
Dati tecnici del motore
Decadimento delle
troppo basso.
prestazioni degli
Rottura serrafilo positivo
Resistenza all’urto del serrafilo
utilizzatori
Interruzione circuito di
Cablaggio
segnalazione
Allentamento dado di
Coppia di serraggio
fissaggio cavo B+ al serrafilo
Scarica della batteria
Rottura cinghia
Geometria/rugosità puleggia
Segnalazione
Carico cinghia
inefficienza generatore
Organo tendicinghia
Specifiche del tenditore
difettoso
Protezione collettore/spazzole
Interruzione circuito di
eccitazione tra apazzola e
anello
Resistenza alle sovratensioni,
Guasti per
Interruzione/c.c. circuito di
alle vibrazioni, alla
sovratensione:
pilotaggio regolatore
temperatura, alle condizioni
vita lampade breve;
c.c. avvolgimento di
ambientali.
vita batteria breve;
eccitazione
avviamento difficoltoso.
c.c. driver del circuito di
eccitazione
Somma lunghezze cavo B+ e
Malfunzionamenti/avarie
Lunghezza eccessiva dei
cavo di massa batteria <3m
dell’elettronica di bordo
cavi di collegamento alla
Ripple su tensione di
batteria
alimentazione
Rumorosità
Rottura borchia di fissaggio
Resistenza alle vibrazioni
Eccessivo disallineamento
Errore massimo di
pulegge
disallineamento: < 0.2°
Usura cuscinetto
Misura di rasamento < 69
Usura precoce cinghia
Tolleranza di rasamento
Precisione delle tolleranze
eccessiva
Incendio veicolo
Contatto tra puleggia e parti
Distanza > 20mm
fisse
Cortocircuito cavo B+ verso
Cablaggio
massa
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10. GRANDEZZE CONTINUE ED ALTERNATE
PREMESSA: come si è già avuto modo di vedere le grandezze elettriche fondamentali possono essere
costanti nel tempo oppure variabili.
Tra le grandezze variabili c’è una categoria detta ALTERNATA.
CARATTERISTICHE: perché una grandezza elettrica possa dirsi ALTERNATA essa deve soddisfare ai
seguenti requisiti:
deve ripetersi con PERIODO costante.
deve assumere un range di valori (dal minimo al massimo) sempre uguale.
Tra le grandezze alternate di maggiore interesse si ricorda la tensione di rete che ha i seguenti dati
caratteristici: (220Volt 50Hz)
Analizziamo separatamente queste due grandezze.
FREQUENZA: per FREQUENZA di un segnale alternato si intende il numero di oscillazioni complete in un
secondo.
Nel caso della tensione di rete si hanno 50 oscillazioni in un secondo, quindi ogni oscillazione dura (cioè ha
un PERIODO pari a) 20 msec.
AMPIEZZA: l’ampiezza di un segnale alternato può essere definita in vari modi a seconda della forma delle
oscillazioni.
Grandezze relative alla tensione alternata.
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10.1.1.
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SEGNALE SINUSOIDALE
•
•
Nel caso di un segnale sinusoidale si può parlare di:
valore di picco
•
valore efficace
•
valore medio
Il VALORE DI PICCO rappresenta il valore massimo che il segnale raggiunge durante le sue oscillazioni.
Il VALORE EFFICACE rappresenta il valore che un segnale continuo dovrebbe avere per produrre gli
stessi “effetti termici” di quello alternato.
È chiaro che il segnale sinusoidale, poiché per alcuni istanti è nullo, ha una efficacia termica inferiore ad
uno continuo, quindi il valore efficace sarà sempre inferiore a quello di picco.
Per un segnale sinusoidale il valore efficace è pari a:
Veff =
Vpicco
2
Il VALORE MEDIO rappresenta il livello intorno al quale il segnale alternato oscilla.
alternato sinusoidale il valore medio risulta sempre pari a zero.
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Per un segnale
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ESEMPIO: IL SENSORE INDUTTIVO
PREMESSA: quando una barretta metallica si avvicina o si allontana da un solenoide avvolto su di un
magnete permanente ne fa variare il campo magnetico.
Il motivo di questo fenomeno è che quando la barretta si avvicina al campo magnetico del magnete
permanete si aggiunge anche quello indotto nella barretta.
APPLICAZIONE: i campo veicolistico questo fenomeno trova la sua principale applicazione nei sensori
induttivi.
Come si vede dalla figura quando il dente della ruota fonica passa davanti al sensore ne aumenta il campo
magnetico inducendo una tensione nel solenoide.
Fase di passaggio di un dente davanti ad un sensore induttivo e tensione generata.
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11. IL MOTORE ELETTRICO
PREMESSA: il motore elettrico è un dispositivo elettromeccanico in grado di trasformare energia elettrica
(corrente e tensione) in energia meccanica (coppia).
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: il principio che è alla base del motore elettrico è l’esatto
complementare di quello visto per la generazione di tensione elettrica.
In quel caso una forza che muove un conduttore all’interno di un campo magnetico induce una tensione
elettrica ai suoi capi.
In questo caso una corrente che attraversa un conduttore posto in un campo magnetico crea una forza in
grado di spostare il conduttore stesso.
Per meglio comprendere questo principio si richiama l’attenzione su quanto già detto sulle forze
magnetiche:
poli uguali si respingono --- poli diversi si attraggono
Seguendo questo principio e avvicinando due magneti questi si dispongono in modo da orientare i loro poli
magnetici in modo appropriato come in figura.
Principio dell’orientamento magnetico.
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IL MOTORE ELETTRICO:
Una delle possibili configurazioni di un motore elettrico è quella con magneti permanenti sulla parte fissa
(statore) e con avvolgimento sulla parte mobile (rotore).
Lo statore provvede a creare il campo magnetico permanente, mentre il rotore crea un campo magnetico
che cerca di orientarsi secondo quello dello statore.
In pratica cambiando ad ogni mezzo giro il verso della corrente nel rotore si ha un campo magnetico che
non è mai concorde con quello esterno ma che cerca di diventarlo continuamente mettendo in rotazione il
rotore.
Principio di funzionamento del motore elettrico.
NOTA:
In figura sono schematizzate quattro posizioni di un mezzo giro del motore elettrico. Come si vede le
estensioni polari del rotore si sono orientate secondo il campo magnetico dello statore.
Dopo la posizione (D) basta invertire il verso della corrente nel rotore per ritrovarsi nella posizione (A) e
ricominciare un nuovo mezzo giro.
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12.
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MOTORINO DI AVVIAMENTO
Il motorino di avviamento è un dispositivo impiegato sull’autoveicolo per avviare il motore termico. Il
compito del dispositivo è quello di accelerare l’albero motore, inizialmente fermo, fino a raggiungere e a
mantenere un regime di rotazione sufficiente affinché il motore termico possa autoalimentarsi.
Legenda parti costitutive di un motorino di moderna concezione
1 - Pignone con ruota libera
2 - Riduttore epicicloidale
3 - Magneti permanenti induttore
4 - Carcassa polare completa
5 - Indotto o rotore
6 - Spazzole
7 - Collettore
8 - Supporto lato collettore
9 - Teleruttore di innesto
10 - Leva
11 - Supporto lato comando
Nota:L’energia necessaria per la funzione di avviamento viene prelevata dalla batteria, il cui
dimensionamento deve perciò tener conto della potenza richiesta dal motore di avviamento.
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COMPONENTI:
•
Elettromagnete
•
Gruppo di innesto
•
Motore elettrico
12.1.1.
ELETTROMAGNETE
Questo dispositivo é la combinazione di un magnete d'innesto e di un relè.
La sua funzione é duplice:
•
Traslazione del pignone per l'innesto nella corona dentata del volano;
•
Chiusura del contatto mobile sui contatti fissi, che permette il passaggio di corrente dalla
batteria al motore elettrico.
L'elettromagnete e’ composto da:
•
Avvolgimento induttore;
•
Nucleo magnetico fisso;
•
Nucleo magnetico mobile o indotto;
•
Contatti fissi;
•
Contatto mobile o ponticello con relativa molla di pressione;
•
Molla di richiamo;
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Esempio motorino di avviamento Motore 1.3 MJT
Il tutto é contenuto in una carcassa d'acciaio dove da un lato sporge la parte mobile dell'indotto, con
l'ancoraggio della leva d'innesto in testa, mentre dall'altro lato é chiusa da un calottino in plastica.
Sul calottino hanno sede i terminali esterni dei contatti fissi e il terminale di alimentazione dell'avvolgimento
induttore.
Esempio motorino di avviamento Motore 1.3 MJT
L'avvolgimento induttore, solitamente, é formato da due avvolgimenti distinti:
•
Avvolgimento di lancio;
•
Avvolgimento di ritenuta.
Inizialmente vengono alimentati entrambi gli avvolgimenti, poiché bisogna generare un campo magnetico
sufficiente per vincere le resistenze d'innesto e attirare l'indotto; svolta questa operazione si verifica la
chiusura dei contatti, con la quale viene cortocircuitato l'avvolgimento di lancio: in questo secondo tempo
l'azione magnetica viene esercitata dal solo avvolgimento di ritenuta il quale é in grado di trattenere il nucleo
mobile per il tempo necessario.
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Alla fine del processo d'avviamento, quando l'avvolgimento di ritenuta viene diseccitato, le molle di richiamo
riportano il nucleo mobile alla posizione di riposo.
12.1.2.
GRUPPO DI INNESTO PIGNONE
E' l'ingranaggio che permette, grazie alla corona dentata su volano, la trasmissione del moto rotatorio
dall'indotto del motore avviamento all’albero del motore termico.
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Nelle due fotografie proposte si può apprezzare lo spostamento assiale del pignone
Per ottenere un corretto trascinamento del motore termico, nonché per contenere il peso e le dimensioni del
motore di avviamento, il rapporto di trasmissione risulta essere elevato ( dell'ordine di 10 / 15 : 1 ).
Al fine di realizzare un buon accoppiamento tra pignone e corona è necessario che i denti, di entrambi,
presentino le caratteristiche seguenti:
•
profilo evolvente per facilitare l'innesto;
•
smussatura frontale per migliorare l'imbocco;
•
l'interasse tra pignone e corona deve essere tale da consentire un gioco sufficiente sui fianchi della
dentatura, in modo da evitare impuntamenti;
•
Il pignone, in posizione di riposo, deve trovarsi ad una distanza modesta dalla corona
•
I materiali del pignone e della corona nonché i trattamenti di indurimento superficiale devono
essere scelti in modo coerente, per non comprometterne la durata.
Dispositivo d'innesto
E' realizzato in modo da ottenere la facilitazione dell'operazione d'ingranamento.
La tecnica utilizzata é tale da permettere che la spinta fornita dal nucleo mobile dell'elettromagnete venga
trasferita, tramite la leva d'innesto, al gruppo formato da ruota libera e pignone, il quale è montato su un
anello che scorre su di una scanalatura elicoidale ricavata sull'albero dell'indotto.
In questo modo si realizza il movimento di avvitamento e traslazione del pignone.
Ruota libera a rulli
La funzione della ruota libera a rulli é quella di permettere al pignone di svincolarsi dall'albero dell'indotto,
nell'istante in cui si verifica il sorpasso del motore termico.
In questo modo si evita di trascinare, ad un numero di giri elevato (centrifugazione del rotore), l'albero
dell'indotto stesso.
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Nel momento in cui il motore termico fa ruotare il pignone ad un numero di giri tale da superare il numero di
giri a vuoto dell'indotto si verifica lo spostamento dei rulli, che vincendo la forza delle molle di tenuta,
disaccoppiano il pignone dall'indotto.
A questo punto la molla di richiamo comprime il gruppo d'innesto contro un disco di spallamento o un disco
frenante che per attrito arresta l'indotto.
12.1.3.
MOTORE ELETTRICO
E' di tipo a corrente continua, con eccitazione elettrica oppure magnetica.
Nell'istante iniziale dell'avviamento del motore termico la corrente nel motorino é elevata (corrente di
cortocircuito, limitata soltanto dalla resistenza dell'avvolgimento induttore, dell’indotto e delle spazzole,
oltreché dalla resistenza interna batteria e dalla resistenza della connessione batteria - motore avviamento).
La corrente iniziale al motorino crea un forte campo magnetico: tanto più elevata è l’intensità di campo, tanto
maggiore è la coppia di spunto prodotta.
Tale coppia tende poi a diminuire rapidamente al crescere del numero di giri.
Nel motore elettrico il campo magnetico induttore può essere generato in due modi:
1) dagli avvolgimenti che si trovano sulle espansioni polari quando sono percorsi da corrente (eccitazione
elettrica)
2) da calamite / magneti permanenti (eccitazione magnetica).
Le espansioni polari o i magneti permanenti sono fissati alla carcassa, internamente alla quale ruota, su
cuscinetti o su bussole autolubrificanti alloggiate nei due supporti, l'albero dell'indotto.
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Sul supporto, lato innesto, sono ricavate di fusione la flangia di fissaggio alla campana del cambio e le sedi
di sostegno dell'elettromagnete e del fulcro per la leva di comando dell'innesto.
Sull'altro supporto si trovano i porta spazzole con le relative spazzole premute sul collettore da apposite
molle.
Collettore e Spazzole
Il collettore é realizzato con barrette di rame di sezione trapezoidale (lamelle), unite a forma di cilindro con
l’interposizione di lamine isolanti tra una barretta e l'altra.
Il collegamento dei terminali dell’avvolgimento indotto con le lamelle del collettore può realizzarsi mediante
saldature a stagno (processo che si sta abbandonando) oppure mediante elettrosaldature o
elettroricalcature, che offrono migliori livelli di affidabilità rispetto alle saldature a stagno poiché ammettono
temperature di esercizio più elevate.
Gli avvolgimenti dell'indotto sono bloccati nella loro sede da resine particolari che hanno il compito di
salvaguardare detti avvolgimenti dai possibili danni dovuti alle alte velocità raggiungibili dall'indotto (fino a
30.000 giri/minuto).
Esempio di aree di contatto delle spazzole (laterale o frontale )
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Le spazzole permettono il passaggio di corrente attraverso gli avvolgimenti dell’indotto. Sono costituite da
un impasto di polveri sinterizzate di materiali conduttori, con alte percentuali di carbonio e rame.
Variando le percentuali di tali materiali si varia la resistenza delle spazzole, che ai fini della corrente di
cortocircuito può avere grande rilevanza.
Il numero e le dimensioni delle spazzole dipende dall'intensità della corrente d'indotto, dalla temperatura
massima d'esercizio e dalla caduta di tensione sull'avviatore.
Esempi di applicazione delle spazzole a 2 e a 4.
CAMPO MAGNETICO
Come prima accennato il campo magnetico può essere generato da calamite (eccitazione magnetica),
oppure da un avvolgimento percorso da corrente (eccitazione elettrica).
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Esempi di generatori di campo magnetico, ad eccitazione elettrica e a magneti permanenti
Nota: nel caso dell’eccitazione elettrica gli avvolgimenti di eccitazione e dell'indotto sono collegati in serie,
ovvero la corrente di eccitazione é anche la corrente dell'indotto
MAGNETI PERMANENTI
Da qualche tempo stanno prendendo sviluppo, oltre ai collaudati motorini eccitati in serie e serie/parallelo,
quelli dotati di eccitazione a magneti permanenti di tipo; ferriti a calamite ceramiche.
Le Calamite sono a settore circolare con cristalli preorientati magneticamente
I componenti greggi vengono portati alla forma desiderata mediante pressatura ed estrusione.
Infine il materiale dopo un accurato procedimento di cottura, da luogo alle calamite che si presentano a
struttura ceramica di colore nero. Durante la fabbricazione si procede al trattamento di magnetizzazione.
Le calamite sono conformate a settore circolare e sostituiscono così il pezzo polare ed il suo avvolgimento
1 - Orientamento radiale
2 - Orientamento parallelo
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Il posizionamento delle calamite non può essere fatto con forti compressioni o per mezzo di chiodature,
anche perché le calamite presentano un certo grado di fragilità: sono fissate con mezzi elastici, molle e
morsetti in alcuni casi sono incollate alla carcassa. Nel suo insieme la carcassa è quindi paragonabile ad un
semplice organo meccanico senza fili e da montare con due viti tiranti; è dotata di 6 poli magnetici.
MAGNETI PERMANENTI
Di seguito sono riportati vantaggi e svantaggi di questa scelta tecnologica rispetto agli elementi polari
avvolti.
1) La coppia di spunto é funzione del flusso magnetico induttore e quest’ ultimo, nel caso dell'eccitazione
elettrica (avvolgimento serie), tende a diminuire seguendo l'andamento della tensione di batteria (caduta su
resistenza interna), mentre nel caso dei magneti permanenti esso rimane costante.
2) Il flusso dell'eccitazione serie, d’altra parte, non può beneficiare in modo proporzionale del valore di
amperspire ottenuto con l'elevata corrente di spunto
Con un dimensionamento ottimale della macchina, infatti, si raggiunge allo spunto la saturazione magnetica,
ed il flusso generato da un certo valore di corrente in poi tende a mantenersi costante.
Come detto, l'uso dei magneti permanenti elimina gli avvolgimenti di eccitazione.
Le prestazioni elettromeccaniche dell' avviatore, per tale motivo, risulterebbero essere complessivamente
migliori.
L'avviatore con eccitazione magnetica trae però maggior vantaggio da questa sua caratteristica quando
viene dotato di riduttore, perché l'indotto può operare in tal caso a velocità più elevate.
ASPETTO CRITICO
L'aspetto critico per un motore elettrico in corrente continua è lo stato (transitorio) di cortocircuito, che per il
motore avviamento é funzionale, in quanto tale situazione si verifica ad ogni attivazione.
Nelle condizioni di cortocircuito si verifica una violenta reazione d'indotto, il cui effetto smagnetizzante si
deve combattere con una adeguata forza coercitiva del magnete.
A questo proposito vengono utilizzati magneti bizonali, con i quali si può aumentare la forza coercitiva senza
compromettere l'induzione residua.
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I magneti permanenti possono degradare nelle proprie caratteristiche con il concorso delle seguenti cause
esterne:
•
Campi smagnetizzanti
•
Permanenza a temperature troppo elevate o troppo basse
•
Urti
•
Vibrazioni
•
Invecchiamento
•
Presenza di campi elettromagnetici di intensità elevata
Molte di queste cause possono essere neutralizzate, dopo il processo di magnetizzazione a saturazione, da
complessi e costosi trattamenti stabilizzanti.
Riduttore ( coassiale/epicicloidale o ad assi paralleli )
Il riduttore è un dispositivo che consente di incrementare la coppia fornita al pignone, introducendo un
rapporto di trasmissione fra indotto e pignone che riduce la velocità di rotazione del pignone rispetto a quella
dell'indotto.
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Esempio di riduttore applicato al motorino di avviamento del motore 1.3 MJT
Il riduttore può essere di due tipi:
1) coassiale;
2) assi paralleli.
Nota: i vantaggi dell’impiego del riduttore rispetto al motore avviamento con presa diretta, quando la potenza
di targa è superiore ad 1 KW, sono dati da una riduzione sensibile di peso e ingombro.
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A titolo di esempio riportiamo un impianto elettrico di accensione motore, dove si può notare che il
motorino di accensione riceve l’alimentazione di potenza direttamente dalla batteria ed è collegato in
parallelo con l’alternatore.
Legenda
1 - Batteria
2 - Motorino avviamento
3 - Alternatore
4 - Body computer
5 - Commutatore di accensione
6 - Centralina vano motore (CVM)
7 - Centralina sottoplancia (CPL)
Si può altresì notare che il motorino di avviamento riceve dal commutatore di accensione il +50 ed è
collegato direttamente a massa con il corpo del motorino stesso
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13. L’IMPIANTO ELETTRICO DELL’AUTOVEICOLO
DEFINIZIONE:l’impianto elettrico è quella parte del “sistema veicolo” che si occupa, tramite segnali
elettrici, di far funzionare praticamente tutti i sistemi di bordo.
All’interno dell’impianto è possibile effettuare una prima distinzione tra sistemi elettrici fondamentali e
sistemi elettrici ausiliari.
Tra i sistemi elettrici fondamentali si può richiamare l’attenzione su:
• avviamento e ricarica
• gestione motore
Tra i sistemi elettrici ausiliari, cioè in un certo senso non indispensabili al funzionamento di base del
veicolo, si ricordano:
• impianto luci
• impianto freni
• climatizzazione
FUNZIONE: l’impianto elettrico di una vettura svolge la funzione di interconnettere, comandare o riportare
lo stato di servizio dei vari strumenti, attuatori, comandi e sensori di un veicolo, provvedendo in generale
a trasmettere sia la potenza elettrica sia i segnali di comando e di controllo.
CARATTERISTICHE: l’impianto elettrico di una vettura non può che essere visto come un insieme di
sotto-impianti con caratteristiche e problematiche ben precise.
Ad esempio l’impianto di avviamento motore e quello delle luci esterne avranno caratteristiche
abbastanza diverse tra di loro per le funzioni che svolgono.
DIFFERENZE: all’interno dei due gruppi (sistemi fondamentali e sistemi ausiliari), sulla base delle
grandezze elettriche trattate dai sistemi, si possono poi distinguere:
• sistemi elettrici di potenza
• sistemi elettrici di gestione
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Sistemi elettrici fondamentali
Sistemi elettrici ausiliari
Illuminazione
Controllo motore
Climatizzazione
Freni e trazione
Airbag
Code e allarme
Avviamento e ricarica
Diagnosi
Cambio automatico
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14. RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEGLI SCHEMI ELETTRICI
CARATTERISTICHE:lo schema elettrico di un impianto può essere rappresentato su carta in diversi modi
a seconda del tipo di informazione che si vuole trasmettere al lettore.
I tipi fondamentali di rappresentazione sono:
• lo schema elettrico
• lo schema funzionale
• lo schema topologico di montaggio
DIFFERENZE:
Lo schema elettrico riporta solitamente tutti gli elementi dell’impianto elettrico presente sul veicolo ed è
particolarmente utile solo al progettista che deve dimensionare tutti i collegamenti sulla base di calcoli e/o
simulazioni.
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Lo schema funzionale, come quelli che si possono trovare sui manuali di assistenza tecnica, riporta la
logica circuitale dei diversi sottosistemi elettrici. In questi schemi i componenti elettrici elementari sono
connessi tramite linee equipotenziali.
Questa rappresentazione è indispensabile al tecnico che deve capire il funzionamento del sistema per
poterlo riparare.
Lo schema topologico di montaggio evidenzia l’aggregazione dei componenti funzionali all’interno del
veicolo, i cablaggi, le masse, le tipologie di connessione al fine di permetterne l’individuazione sul veicolo
stesso.
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14.1.
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TECNICHE RAPPRESENTATIVE STORICHE
Quando gli impianti elettrici dei veicoli erano abbastanza semplici la tecnica rappresentativa faceva uso di
alcune regole comuni. Ad esempio la colorazione dei cavi o la loro numerazione faceva riferimento alle
grandezze elettriche che venivano trattate.
Una delle poche tracce di questa tecnica, rimasta per tradizione, è quella relativa alla numerazione dei
piedini dei teleruttori.
Esempio di numerazione dei cablaggi:
num
da
a
num
da
a
15
positivo del
commutatore
a chiave
relè avviamento
50a
commutatore
serie parallelo
relè batterie
30
positivo
batteria
motorino
d’avviam.
chiave
avviamento
51
positivo
generatore
batteria
31
negativo
batteria
massa del
veicolo
85
relè
(avvolgimento
)
massa
(negativo)
49
centralina
lampeggiator
e
commutatore a
chiave (15)
86
relè (inizio
avvolgim.)
interruttore
di comando
49a
centralina
lampeggiator
e
lampeggiatore
87
relè (entrata)
positivo
interruttore
di comando
50
commutatore
a chiave
relè avviamento
88
relè (uscita)
utilizzatore
Piedinatura classica di un teleruttore.
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14.2.
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NORME RAPPRESENTATIVE DEL GRUPPO FIAT
Con l’introduzione massiccia dell’elettronica a bordo veicolo e con l’incremento dei sistemi controllati
elettricamente la numerazione e la colorazione classica si è rivelata insufficiente per dare una adeguata
rappresentazione degli impianti.
Si è dunque passati ad una numerazione univoca dei componenti tramite sigle alfanumeriche e ad una
tecnica rappresentativa più elaborata.
TECNICA RAPPRESENTATIVA:
Prima di tutto gli schemi elettrici funzionali sono stati suddivisi in:
sezioni
sottosezioni
I componenti sono stati identificati da una sigla alfanumerica basata su:
una lettera che identifica il tipo di componente
due cifre che lo identificano univocamente
Il colore dei cavi è indicato su ogni schema funzionale tramite due lettere secondo un:
codice di colori dei cavi
Inoltre poiché sullo schema funzionale si vuole rappresentare solo la parte di impianto che si sta trattando
sono stati previsti dei:
rimandi ad altre sezioni
Ed infine per evidenziare le varianti allo schema di base previste per allestimenti particolari sono previste le:
varianti di schema
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15. CODIFICA DI SEZIONE E SIMBOLO
NOTA:
Ogni sezione del manuale degli schemi elettrici è identificata da una sigla alfanumerica.
Ad esempio E2011.
E= Volume schemi elettrici
20 = sezione 20 (Illuminazione esterna)
11 = sottosezione 11 (Luci anabbaglianti)
Esempio di elenco di sezioni:
10
Alimentazione e masse
40
Strumenti di bordo
20
Illuminazione esterna
50
Sistemi di comando e controllo motore
25
Illuminazione interna
60
Climatizzazione
30
Dispositivi ad azionamento elettrico
70
Sistemi elettronici vettura
35
Accessori radio
80
Sistemi diagnostici
Sigla alfanumerica della sezione.
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Simbolo della sezione.
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15.1.1.
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COMPONENTI E PIEDINATURA
Sigla del connettore.
Pin del connettore.
Sigla del componente.
Esempio di un componente e della sua piedinatura.
Ogni componente è identificato da una sigla composta da una lettera che indica il tipo di componente e da
un numero composto da due cifre che fa riferimento all’elenco componenti riportato a parte.
Elenco delle lettere identificative dei componenti:
A
Morsettiere
G
Luci
M
Centraline elettroniche
B
Centralina di
derivazione
H
Commutatori
N
Motorini elettrici
C
Punti di massa
I
Interruttori
O
Resistori
D
Giunzioni
J
Teleruttori
P
Prese di corrente –
Avvisatori acustici
E
Quadro
strumenti
K
Sensori
Q
AirBag e
pretensionatori
F
Proiettori
L
Elettrovalvole
R
Connettore di diagnosi
ESEMPIO:
Nell’esempio abbiamo quindi un proiettore (F) identificato dal numero 11 nell’elenco componenti che ha due
connettori A e B .
Inoltre si può aggiungere che il connettore A ha tre pin mentre il connettore B ne ha due.
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COLORE DEI CAVI
NOTA:
I colori dei cablaggi sono identificati da una o due lettere poste di fianco al cavo stesso sullo schema. La
doppia lettera identifica un cavo a due colori.
Codifica dei colori:
N
Nero
G
Giallo
S
Rosa
B
Bianco
R
Rosso
C
Arancione
A
Azzurro
V
Verde
Z
Viola
M
Marrone
H
Grigio
L
Blu
Cavo Grigio-Rosso
Cavo Grigio-Bianco
Cavo Rosso
Esempio di rappresentazione dei colori dei cavi.
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15.2.
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RIMANDI AD ALTRA SEZIONE
Poiché gli impianti elettrici molto spesso interagiscono tra di loro è abbastanza frequente trovare su uno
schema dei rimandi ad altri schemi riportati in altre sezioni. In questo caso si trova, come riferimento, sia la
sigla alfanumerica indicante la sezione collegata che il simbolo grafico che la identifica.
ESEMPIO:
Nell’esempio in figura il componente siglato F11 presenta il pin 1 del connettore B e il pin 3 del connettore A
che sono collegati a schemi riportati nelle sezioni E2020 ed E2010.
Per una più veloce identificazione di queste sezioni affianco alla sigla sono riportati anche i loro simboli
grafici.
Rappresentazione di rimando ad altra sezione.
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15.3.
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VALIDITA’ DELLO SCHEMA
Poiché molto spesso è necessario riferire uno stesso schema a diversi allestimenti della stessa vettura si
possono trovare delle indicazioni circa le varianti che tali allestimenti comportano.
Tali varianti sono rappresentate con dei tratti discontinui con affianco riportata la sigla dell’allestimento
specifico cui si riferiscono.
ESEMPIO:
Nell’esempio riportato in figura la giunzione siglata D1, nella versione 1747 16v del veicolo in esame, ha la
variante di connettore indicata.
Sigla e piedinatura del
componente originario
Sigla, piedinatura ed
allestimento della
variante
Rappresentazione della validità di un elemento per un certo allestimento.
Componente
valido
fino al 02/99
Componente
valido
dal 02/99
Rappresentazione della validità di un elemento per un certo allestimento.
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15.4.
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TOPOGRAFIA DEI COMPONENTI A BORDO
NOTA:Per ogni impianto è inoltre riportata una rappresentazione dell’ubicazione di tutti i componenti a bordo
vettura per rendere immediata la ricerca di connettori, cablaggi e componenti.
Notare che per ogni componente oltre alla sua sigla alfanumerica identificativa vengono anche indicati i
connettori quando ci può essere ambiguità nei cablaggi.
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LOGICA RAPPRESENTATIVA DI UNO SCHEMA ELETTRICO
La rappresentazione su carta di uno schema elettrico segue alcuni criteri che servono per rendere
immediata la comprensione del funzionamento dello schema stesso.
Tali criteri riguardano, oltre la simbologia già descritta, la posizione relativa dei componenti sullo schema.
La regola basilare che si segue è che il flusso logico
di lettura di uno schema deve andare dall’alto verso
il basso.
Perciò nella parte alta si troveranno sempre le
sorgenti o i comandi.
Subito dopo le sorgenti si troveranno le protezioni,
ovvero i fusibili.
Nella parte centrale degli schemi è riportata di solito
tutta la parte funzionale che di solito interagisce con
le altri parti funzionali di altri schemi.
Nella parte bassa gli utilizzatori.
Infine le indicazioni dei punti di massa.
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16. TECNICA DELL’IMPIANTO ELETTRICO TRADIZIONALE
L’impianto elettrico che equipaggia i moderni autoveicoli è composto da molti sottosistemi come l’impianto
luci, la gestione elettronica del motore, la gestione elettronica dei freni, ecc.
Inoltre questi sottosistemi molto spesso hanno delle caratteristiche molto diverse tra loro e che a volte
possono influenzare pesantemente la reciproca coesistenza. Basta pensare ad esempio ai due impianti di
accensione elettronica e di comunicazione tra le centraline.
CRITICITA’: una delle più grosse criticità presenti in questo tipo di impianto è quindi la presenza di
grandezze elettriche molto diverse come intensità in conduttori posti molto vicini tra loro. (Accensione
elettronica: migliaia di volt – Rete di comunicazione: pochi volt)
Inoltre bisogna considerare l’ambiente “veicolo”, cioè una scatola metallica che funziona da massa comune
per molti elementi elettrici.
SUDDIVISIONE:una prima soluzione elettrica sarà quindi quella di evitare che elementi elettrici con
grandezze elettriche molto diverse tra loro possano ritrovarsi in comunicazione. Ad esempio sarà necessario
distinguere prima di tutto le due tipologie di reti:
•
rete di potenza
•
rete dei segnali
Naturalmente visto che la rete di potenza usa la parte metallica della vettura come elemento di massa, la
rete dei segnali non potrà assolutamente farne uso.
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16.1.
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PUNTI DI MASSA
C01
massa batteria
C10
massa anteriore
sinistra
C12
massa anteriore ABS
C14
massa anteriore
guida elettrica
C16
massa gruppo
condizionatore
C20
massa plancia lato
passeggero
C30
massa posteriore
sinistra
C31
massa posteriore
destra
C40
massa su motore
C50
massa sistema
airbag
I punti di massa e i collegamenti verso di essi rappresentano un punto abbastanza critico di tutto l’impianto
elettrico di potenza. Dalla loro efficienza dipende in buona parte il corretto funzionamento di tutto l’impianto.
CRITICITA’:
Il problema sostanziale di questo elemento dell’impianto è inquadrabile sotto due punti di vista:
CONDIVISIONE DEL COMPONENTE
CORRENTI MASSIME
CONDIVISIONE:
Ogni punto di massa è condiviso da più elementi dell’impianto elettrico quindi si deve fare in modo che la
presenza di un collegamento diretto tra loro non ne influenzi il corretto funzionamento.
CORRENTI MASSIME:
In ogni punto di massa scorrono correnti che dipendono dagli elementi che vi sono collegati. Questo
comporta degli accorgimenti sia costruttivi che riparativi particolari per evitare malfunzionamenti.
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ESEMPIO
Nell’esempio schematico riportato in figura è rappresentato un collegamento allo stesso punto di massa di
due elementi con forte differenza di corrente di assorbimento.
Supponendo che il punto di massa abbia una resistenza di contatto residua pari a 0,01Ohm e che la
corrente che attraversa i due elementi possa variare nei limiti indicati si ha che non è più corretto assumere
che il “punto di massa” sia a potenziale zero.
Infatti quando l’elemento 1 è attraversato dalla sua corrente massima di 50A sulla piccola resistenza di
contatto si ha una caduta di tensione di 0,5Volt.
Questa caduta di tensione può influenzare pesantemente il funzionamento dell’elemento 2 che invece di
essere alimentato a 3Volt come dovrebbe, si ritrova solo con 2,5Volt di alimentazione.
Nel caso di componenti elettronici questa differenza di alimentazione, peraltro variabile nel tempo e non
controllabile, può influenzarne pesantemente il comportamento o anche danneggiarli.
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DISPOSITIVI DI PROTEZIONE PASSIVA ALLE SOVRACORRENTI
Nonostante i più sofisticati ritrovati e le avanzate innovazioni sull’impianto elettrico in caso di guasto di un
dispositivo la valvola fusibile rimane l’unico elemento in grado di garantire il funzionamento dei restanti
sistemi perché si interpone tra la sorgente di energia elettrica e l’utilizzatore in avaria.
FUNZIONE: impedire che possa circolare una corrente di intensità superiore a quella prevista nel qual caso
interrompere immediatamente la continuità del circuito.
Ciò avviene quando la temperatura del conduttore interno alla valvola raggiunge quella di fusione
innescandone la volatilizzazione nel punto più caldo e il raccoglimento della parte residua alle estremità
libere, oppure quella di attivazione nel caso di valvole elettroniche.
DIFFERENZE: esistono due categorie di dispositivi di protezione passiva alle sovracorrenti:
•
ripristinabili (PTC, dispositivi elettronici a semiconduttore, bimetalli, sezionatori)
•
non ripristinabili (fusibili)
CARATTERISTICHE: tutti i cavi dell’impianto devono essere protetti almeno dal cortocircuito netto e
comunque quando non esistano vincoli tecnici di fattibilità è necessaria una protezione anche al
sovraccarico.
Un elemento di protezione passiva viene dimensionato per proteggere l’albero di distribuzione della potenza
(cavi, connessioni, interruttori, piste, ecc.) e non gli utilizzatori che sono alimentati dall’albero medesimo.
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16.2.
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DIMENSIONAMENTO DELLE PROTEZIONI
La portata nominale (In) del fusibile viene stabilita considerando il più restrittivo dei seguenti criteri:
•
L’assorbimento degli utilizzatori inseribili contemporaneamente in modo continuativo (per almeno un
minuto) è pari al 70% di In.
•
L’assorbimento nominale degli utilizzatori inseribili contemporaneamente in modo continuativo o
saltuario (fino ad un minuto) è pari al 100% di In.
•
L’assorbimento degli utilizzatori inseribili contemporaneamente in transitorio (tempi dell’ordine del
secondo) è pari rispettivamente al 150% di In per fusibili standard (ATO e Mini) e al 200% per
fusibili ritardati o di potenza (Maxi, Midi, Mega).
CRITICITA’:
Il raggruppamento sotto lo stesso fusibile di un numero eccessivo di carichi o di carichi di natura molto
diversa può comportare la non fattibilità tecnica della protezione.
SOLUZIONI:
•
ripartizione dei carichi sotto più fusibili in parallelo.
•
aggiunta di un fusibile in cascata per proteggere l’alimentazione del carico con minore
assorbimento.
ACCORGIMENTI:
Nel caso di interventi riparativi che comportino la sostituzione o la modifica di parti dell’impianto elettrico:
•
Evitare per quanto possibile di proteggere con lo stesso fusibile cavi di alimentazione di carichi con
assorbimento continuativo che differisca per più di 15A.
•
Evitare per quanto possibile di proteggere con lo stesso fusibile cavi di alimentazione di carichi
quando la somma dei loro assorbimenti superi i 20A.
•
Se tra il fusibile e il carico si interpone un elemento di controllo (centralina) è necessario verificare
se la protezione del cablaggio a valle della centralina viene demandata o meno alla centralina
stessa. Nel secondo caso è necessario proteggere anche l’impianto a valle della centralina.
SELETTIVITA’ ELETTRICA:
Nel caso di due o più protezioni in cascata, originate dalla necessità di proteggere singolarmente rami
derivati da un nodo già protetto, bisogna garantire la selettività di intervento:
in caso di anomalia sul circuito deve sempre intervenire il fusibile immediatamente a monte dell’anomalia.
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CAVI NON PROTETTI:
I cavi non protetti da fusibile devono al più essere limitati a:
•
cavo motorino di avviamento
•
cavo alternatore se e solo se direttamente collegato al motorino di avviamento
•
cavi di alimentazione dei fusibili di potenza (se hanno una protezione attiva).
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17. FUSIBILI DI PROTEZIONE
17.1.
CARATTERISTICHE TECNICHE DEI FUSIBILI
GENERALITÁ: scopo principale del fusibile di protezione è quello di preservare il cablaggio e i componenti
che si trovano a monte della sua posizione. Contrariamente a quanto potrebbe sembrare un fusibile, in
genere, non è in grado di proteggere il cablaggio e i dispositivi che si trovano collegati a valle in quanto il
suo intervento è comandato proprio da un loro malfunzionamento.
Inoltre il fusibile è progettato per intervenire solo quando il malfunzionamento che si verifica sul cablaggio a
valle è abbastanza grave da provocare danni sugli altri cablaggi a monte.
ALCUNE TIPOLOGIE DI FUSIBILI
Fusibile cilindrico ad estremità
coniche (ormai non più usato)
Fusibile lamellare
Fusibile a lamina
PORTATA O CORRENTE NOMINALE: indica il numero di Ampere che il fusibile è in grado di sopportare
continuamente senza fondere e senza che la temperatura di qualsiasi sua parte superi i 60°C.
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SOVRACORRENTE AMMESSA: indica il numero di Ampere che il fusibile deve sopportare per almeno 30
min. senza fondere. In genere è considerata pari a 1,5 volte quella nominale.
CORRENTE DI FUSIONE: indica il numero di Ampere che provocano la fusione del fusibile in un dato
tempo. Questo valore varia con il tipo di valvola.
Riportiamo ad esempio una tabella.
Tipo di
Corrente
Caduta di
fusibile
nominale(In)
tensione
tipo A
3A
<200 mV
4A
<200 mV
5A
<200 mV
7,5A
<150 mV
10A
<140 mV
15A
<125 mV
20A
< 125 mV
25A
< 110 mV
30A
< 110 mV
100A
< 110 mv
I=100% In per 4h
nessun intervento
125A
< 110 mV
I=135% In
120s < t < 1800s
150A
< 110 mV
I=200% In
1s < t < 15s
175A
< 110 mV
I=350% In
0.3s < t < 5s
I=600% In
0.1s < t < 1s
tipo C
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Sovraccarico
I= 110% In per
100h
I=135% In
I=200% In
Tempi di
intervento (t)
Nessun intervento
0.75s < t < 1800s
0.25s < t < 5 s
0.08s < t < 0.5s
I=350% In
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17.2.
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CABLAGGIO DELL’IMPIANTO
La tipologia di cavo da impiegare nel circuito è determinata in funzione di:
•
corrente massima continuativa
•
temperatura di esercizio continuativa e di picco
•
portata del fusibile (se il cavo è impiegato per l’alimentazione)
•
caduta di tensione
•
vincoli sulla sezione del cavo
I cavi utilizzati sugli autoveicoli devono rispettare delle severe caratteristiche per garantire l’insensibilità degli
stessi ad usure meccaniche, vibrazioni, urti, piegamenti, invecchiamento. Inoltre devono risultare insensibili
all’attacco di agenti inquinanti, solventi, oli ed idrocarburi.
DIMENSIONAMENTO IN ESERCIZIO CONTINUATIVO: la scelta della opportuna sezione del cavo deve
essere fatta sulla base della corrente massima continuativa determinata dai carichi attuabili
contemporaneamente per almeno un minuto.
PROTEZIONE AL CORTO CIRCUITO:il corto circuito dei cavi di massa verso positivo è un fenomeno
teoricamente ipotizzabile anche se molto difficile da riscontrare. Le precauzioni adottate per rendere
l’impianto il più possibile immune da questa eventualità sono:
•
ridurre i percorsi comuni tra cavi positivi e cavi negativi (aumentando il numero di masse o
scegliendo percorsi diversi).
•
ridurre la criticità dei percorsi comuni (aumentando la protezione meccanica supplementare dei cavi
di massa.
•
uniformare la sezione del cavo di massa al cavo positivo nei percorsi comuni.
•
evitare di usare le centraline per distribuire le masse.
PROTEZIONE AL SOVRACCARICO: la protezione al sovraccarico si ottiene verificando che per qualunque
corrente di guasto il fusibile intervenga sempre prima di una alterazione significativa dell’isolamento del
cavo.
La condizione di protezione al sovraccarico è dipendente dalla sezione del cavo e dalla qualità dell’isolante
(non dalla lunghezza del cavo).
Da questo fatto discende che tutti i cavi, protetti da uno stesso fusibile e con medesima tipologia di guaina
isolante devono avere la stessa sezione.
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18. DISTRIBUZIONE DELLA POTENZA ELETTRICA
A titolo di esempio possiamo prendere qui sopra in considerazione la distribuzione delle alimentazioni di un
modello Fiat
1
4
3
2
1.
2.
3.
4.
Centralina Batteria o CBA
Centralina Vano Motore o CVM
Centralina Plancia o CPL
Centralina Vano Baule o CVB
La distribuzione della potenza elettrica avviene tramite alcune centraline di derivazione e/o portafusibili,
collegate agli elementi di controllo.
Tali centraline sono poste in zone strategiche, e il loro numero può variare a seconda degli accessori
presenti sulla vettura
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CENTRALINA BATTERIA (CBA)
Legenda a titolo di esempio
1 – fusibile F70
2 – fusibile F73
3 – fusibile F72
4 – fusibile F71
5 – SB Staccabatteria automatico
Caratteristiche
La Centralina Batteria è una centralina di distribuzione della potenza posizionata sulla batteria.
Comprende fusibili di protezione (MIDI/ MEGA), la connessione al polo positivo batteria e al cavo di avviamento/
ricarica.
Ha una custodia protettiva di tipo plastico che evita contatti accidentali con il polo positivo batteria.
Per consentire avviamenti d’emergenza, la centralina deve essere ispezionabile.
Per alcuni modelli , la CBA è predisposta ad integrare un dispositivo stacca batteria automatico in serie al morsetto
batteria in grado di interrompere l’alimentazione del cavo motore avviamento/ ricarica quando interviene
l''interruttore inerziale.
La CBA è collegata al cablaggio anteriore, al cavo di alimentazione della CVM, ed al cavo positivo batteria per il
circuito di avviamento/ ricarica.
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CENTRALINA VANO MOTORE (CVM)
legenda a titolo di esempio
1 - Centralina vano motore (CVM)
2 - Maxifuse di protezione impianto
3 - Teleruttore tipo maxi
4 - Teleruttore tipo micro
5 - Fusibili mini protezione impianto
6 - Cavo di collegamento tra batteria (CBA) e vano motore CVM
Nota : i maxi fuse raggruppati sia su centralina batteria (CBA) che su centralina vano motore (CVM),
collegati direttamente al polo positivo della batteria, proteggono le principali linee di alimentazione.
Caratteristiche
La CVM é una centralina di derivazione con circuiti tracciati, installata nel contenitore batteria, che supporta
fusibili e relè e svolge la funzione di interconnessione fra i cablaggi anteriore, precablato motore e
precablato radiatore.Questi cablaggi sono collegati alla centralina attraverso giunzioni fisse.
Tali giunzioni hanno il pregio di essere facilmente raggiungibili poiché allocate in modo da poter agevolare le
fasi di montaggio o smontaggio.
Sul coperchio inferiore generalmente si può trovare un fissaggio per connettori porta fusibili stagni (tipo maxi
e auto).
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CENTRALINA PLANCIA (CPL)
legenda a titolo di esempio
1 - Fusibili di riserva
2 - Fusibili di protezione
3 - Teleruttore lunotto termico (T11, 30A)
4 - Teleruttore anabbaglianti (T01, 30A)
5 - Teleruttore servizi 1 (T12, 30A)
6 - Teleruttore servizi 2 (T13, 50A)
A - connettore A
B - connettore B
C - connettore C
D - connettore D
Caratteristiche
La CPL é una centralina di derivazione con circuiti tracciati, installata nella zona plancia lato guida, che
supporta fusibili e relè e svolge la funzione di interconnessione fra i cablaggi anteriore, plancia e posteriore.
Inoltre si connette al Nodo Body Computer, con il quale viene fornita, mediante un connettore posto sulla
parte posteriore.
Nota L’insieme della CPL + NBC é denominato Nodo Plancia (NPL).
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CENTRALINA VANO BAULE (CVB)
Caratteristiche
La CVB è un supporto plastico, montata sulla parte sinistra del baule, sul quale vengono installati fusibili e relè per
servizi opzionali.
Il componente è fornito cablato sul cablaggio posteriore ed è dotato di secondary-lock.
Tutti i circuiti elettrici per funzionare devono essere “chiusi”, tali chiusure vengono generalmente definite
“masse” o “poli negativi”.
Sulle vetture la chiusura dei circuiti elettrici viene realizzato collegando i vari cavi di massa degli utilizzatori
a punti specifici della scocca.
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Nello schema proposto a titolo di esempio si possono notare i diversi punti di massa presenti sulla vettura.
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LA SICUREZZA DEGLI IMPIANTI ELETTRICI
18.1.
Le principali soluzioni per aumentare la sicurezza degli impianti elettrici, che generalmente sono adottate dal
gruppo Fiat in fase di progettazione sono:
•
alimentazioni protette da maxifuse per l''interruzione dell''impianto elettrico, in caso di corto circuito,
appena a valle della batteria;
•
gli unici cavi esclusi dai maxifuse (motorino avviamento e alternatore) sono corazzati e collocati in
zone protette;
•
il lay-out dell''intero impianto è ottimizzato per la riduzione di rischi di danneggiamento in caso di
avaria o incidente;
•
la posa dei cavi stessi viene ottimizzata riducendo errati posizionamenti e rumorosità dovuta a
vibrazioni;
•
tutti i cavi sono ad alta resistenza alle abrasioni;
•
nel vano motore i cavi sono di tipo speciale, resistente alle alte temperature e protetti con guaine o
tubazioni;
•
i cavi nel vano abitacolo sono protetti da tubi corrugati e con nastri di tipo felpato per ridurre la
rumorosità;
•
le principali connessioni sono dotate di dispositivo antisfilamento dei terminali (secondary lock) e di
chiusura di sicurezza (lever lock) che evita qualsiasi deformazione dei terminali.
•
tutti i sistemi e gli impianti elettrici sono alimentati dalla batteria con tensione di 12 V.
•
la batteria a sua volta viene ricaricata dall’alternatore durante il funzionamento del motore.
•
le principali linee di alimentazione sono protette da "maxifuse", raggruppati in una scatola posta
direttamente sul terminale positivo della batteria e collegati direttamente ad esso.
•
altri circuiti vengono alimentati ruotando la chiave nel dispositivo di accensione nelle varie posizioni
(ON o START).
•
normalmente inserendo e ruotando al primo scatto la chiave nel dispositivo di accensione la chiave
stessa permette di alimentare numerosi circuiti, che vengono definiti "sotto chiave" (linee "INT" e
"15/54").
•
al secondo scatto la chiave alimenta il motorino d'avviamento (linea "50"), scollegando peraltro
alcuni circuiti (quelli che assorbono maggior potenza) garantendo così il massimo afflusso di
corrente al motorino stesso (linea "INT/A").
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19. RETE DI POTENZA
CARATTERISTICHE:
Per rete di potenza di un veicolo si intende tutta la parte dell’impianto che riguarda:
•
illuminazione interna ed esterna
•
dispositivi ad azionamento elettrico
•
sistemi di avviamento, ricarica e raffreddamento motore
Una delle caratteristiche comuni di questa parte di impianto è l’utilizzo della parte metallica del veicolo come
punto comune di massa.
Per questi elementi infatti l’alimentazione è quasi sempre a 12 Volt e non hanno problemi di disturbi causati
dal funzionamento di altri elementi.
FUNZIONAMENTO:
I componenti della rete di potenza hanno fondamentalmente due modi possibili di funzionamento. Tutti gli
elementi che hanno solo due stati di funzionamento (acceso-spento) possono essere:
•
con massa diretta e comando in alimentazione
•
con alimentazione diretta e comando in massa
Il comando potrà essere gestito manualmente (interruttori) oppure da unità elettroniche (centraline) tramite
teleruttori.
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Alimentazione
Teleruttore di comando
Fusibile di protezione
Comandi del teleruttore
Elemento da attivare
Punto di massa
Esempio di attivazione con comando in tensione.
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Alimentazione
Fusibile di protezione
Elemento da attivare
Pulsante di attivazione
Punto di massa
Esempio di comando verso massa.
DIFFERENZE:la differenza sostanziale tra le due tipologie di attivazione risiede nel fatto che i componenti a
più alto assorbimento è opportuno che non siano sempre alimentati ed è necessario usare i relè.
Mentre per quelli a più basso assorbimento è sufficiente usare un semplice interruttore.
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19.1.
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ILLUMINAZIONE INTERNA
L’illuminazione interna si può dividere in:
•
illuminazione del quadro strumenti, delle serigrafie e dei tasti
•
illuminazioni di cortesia
L’illuminazione del quadro strumenti delle serigrafie e dei tasti dipende dall’accensione delle luci esterne, e
nelle vetture di ultima generazione è regolabile tramite l’apposito potenziometro,
Per le vetture dotate di body computer :
La regolazione della intensità luminosa dell’ illuminazione del quadro strumenti, delle serigrafie e dei tasti
non avviene più tramite un potenziometro ma attraverso una gestione più complessa attraverso pulsanti del
quadro strumenti stesso intervenendo nel menu dedicato.
L’illuminazione di cortesia riguarda l’accensione delle luci dei seguenti particolari:
•
Plafoniera anteriore
•
Plafoniera posteriore
•
Luce cassetto porta oggetti
•
Luce vano baule
•
Luci pozzanghera
•
Luce aletta parasole
Per le vetture dotate di body computer :
La regolazione della intensità luminosa dell’ illuminazione del quadro strumenti, delle serigrafie e dei tasti
non avviene più tramite un potenziometro ma attraverso una gestione più complessa attraverso pulsanti del
quadro strumenti stesso intervenendo nel menu dedicato.
L’alimentazione delle luci interno vettura segue una logica di controllo della tensione di batteria:
il Body Computer acquisisce il segnale “tensione batteria”, confrontandolo con un proprio valore limite in
modo da attuare la migliore strategia per il risparmio energetico.
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Con dispositivo di accensione su OFF o chiave estratta (posizione STOP) e all’apertura di una qualsiasi
porta o del baule è impostata una temporizzazione di alcuni minuti (dipende dai modelli); oltre tale limite
tutte le luci vengono disattivate.
6
2
1
3
4
1.
2.
3.
4.
5.
6.
5
Plafoniera anteriore
Luce aletta parasole
Luce cassetto portaoggetti
Luce pozzanghera
Luce baule
Plafoniera posteriore
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19.2.
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ILLUMINAZIONE ESTERNA
L'impianto di illuminazione esterna del veicolo è studiato e realizzato seguendo due obiettivi:
•
garantire la massima efficienza nel rispetto delle norme internazionali che definiscono le caratteristiche
illuminotecniche dei vari componenti
•
integrarsi col design della vettura in modo che i vari componenti ne esaltino l'immagine
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Le parti che costituiscono l’impianto di illuminazione esterna sono :
5
4
2
6
3
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
1
7
Gruppi ottici anteriori
Fari allo Xeno
Fendinebbia
Gruppi ottici posteriori
Terzo stop
Luci targa
Luci di direzione
Nota: i gruppi ottici anteriori e i fari fendinebbia ( se sono montati separati dai gruppi ottici anteriori) sono le
uniche parti che necessitano di regolazione
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19.3.
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GRUPPO OTTICO ANTERIORE
Nelle vetture di ultima generazione il gruppo ottico anteriore è realizzato in un solo blocco il quale incorpora
diverse funzioni.
Le funzioni che vengono integrate nel gruppo ottico dipendono dalle esigenze costruttive e di stile dell’auto,
per fare due esempi si possono avere :
gruppo ottico che integra, luce di posizione, anabbagliante,abbagliante e fendinebbia
Nell’esempio gruppo ottico Alfa 147
1 - Luce abbagliante Lampada Alogena H7 per funzione luci abbaglianti 12V-55W
2 - Luce di posizione (città) a sorgente nascosta Lampada Tutto vetro per funzione luci di posizione 12V-5W
3 - Luce anabbagliante dotata di oscuratore Lampada Alogena H7 per funzione luci anabbaglianti 12V-55W
4 - Luce fendinebbia dotata di oscuratore Lampada Alogena H1 per funzione luci fendinebbia 12V-55W
gruppo ottico che integra la luce di posizione, la luce anabbagliante, la abbagliante e la luce di direzione
Nell’esempio gruppo ottico Fiat Croma
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1 - Luce anabbagliante Lampada alogena H7 Long Life per funzione luci anabbaglianti 12V- 55W
2 - Luce abbagliante Lampada alogena H1 per funzione luci abbaglianti 12V- 55W
3 - Luce direzione Lampada “PY21W” per funzione luci direzione 12V- 21W
4 - Luce posizione Lampada “W5W” Blue Vision Long Life per funzione luci di posizione 12V- 5W
Le parti che costituiscono il gruppo ottico sono:
Contenitore esterno:
Viene realizzata in materiale plastico, all’interno vi sono apposite sedi dove sono ancorate le parabole dei
riflettori, i porta lampade,il cablaggio di alimentazione e il dispositivo di orientamento fari
anabbaglianti,inoltre per rendere agevole la sostituzione delle lampade nella parte posteriore, vengono
ricavate alcune aperture chiuse da appositi tappi
Nell’esempio parte posteriore faro Fiat Croma
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Riflettori
I riflettori (generalmente di forma parabolica) possono essere realizzati in lamiera o in materiale plastico
termoindurente, metallizzato e ricoperti di vernice trasparente protettiva.
Sono provvisti di innesti per il punto fisso e la regolazione orizzontale/verticale e garantiscono l'assenza di
vibrazioni del fascio luminoso anche in condizioni di percorso stradale accidentato.
I riflettori sono provvisti di opportune sedi per alloggiare il porta lampada con la relativa molla di ritegno, e in
alcuni casi il porta lampada è polarizzato per impedire errati posizionamenti della lampada .
Nota: i riflettori possono essere:
a gradini(riflettori composti da parti paraboliche di diversa distanza)
monofocali,
bifocali,
polielissoidali.
Lampade
Le lampade possono essere della seguente tipologia:
lampade ad incandescenza
lampade alogene
lampade allo Xeno(vedi il capitolo dedicato)
esse sono posizionate in modo differente a seconda della loro funzione:
Le lampade per le luci anabbaglianti sono posizionate oltre al punto di fuoco in modo da creare un fascio
luminoso inclinato verso il basso rispetto all’asse del riflettore, senza dare fastidio a chi proviene in senso
contrario, (fuoco di incrocio) e in modo asimmetrico al fine di illuminare meglio la parte destra della
carreggiata, aumentando la visibilità e la sicurezza.
Nello schema proposto si può notare il fascio luminoso prodotto dalle luci anabbaglianti
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Le lampade per le luci abbaglianti vengono poste nel centro del punto di fuoco in modo da creare un fascio
luminoso parallelo all’asse del riflettore.
I luci fendinebbia hanno le stesse caratteristiche delle luci abbaglianti.
Le luci di posizione possono essere a sorgente nascosta oppure diretta.
Davanti alle lampade possono trovarsi delle lenti nel caso ad esempio dei fari Polielissoidali (tipologia di fari
che unisce una buona caratteristica di illuminazione con una dimensione molto contenuta), inoltre davanti
alle lampade, specialmente alle lampade delle luci anabbaglianti possono essere presenti degli oscuratori
per evitare riflessioni indesiderate delle superfici non ottiche.
Trasparente
Il trasparente oggigiorno viene realizzato in policarbonato laccato incolore generalmente liscio (in molti casi
soprattutto per le luci anabbaglianti e abbaglianti sono scomparse le rigature tipiche dei trasparenti in vetro),
trattato superficialmente in modo da resistere all’abrasione ai graffi e agli urti, (fattori che hanno ostacolato
per molto tempo l’applicazioni di questo materiale sull’autoveicolo), viene poi fissato al corpo del gruppo
ottico mediante un appositi collanti a base siliconica al fine di garantire l'impermeabilità all'acqua.
Nota: I trasparenti in vetro vengono ancora utilizzati nelle realizzazioni semplici, dove non si prevedono
forme molto elaborate
Ventilazione
Per assicurare lo scarico della condensa e la ventilazione i fari sono generalmente dotati di appositi labirinti
nella parte inferiore ed un camino nella parte superiore.
Correttore assetto fari
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Integrato nel gruppo vi è un correttore elettrico, per corregge l’assetto dei fari, il sistema è dotato di motorino
elettrico comandato dai pulsanti appositi situati sulla plancia strumenti, generalmente la posizione viene
visualizzata sul quadro strumenti
Nell’esempio impianto elettrico interno del faro di Lancia Musa
8 - Anabbagliante
7 - Abbagliante
9 - Posizione
10 - Direzione
3- Motorino assetto fari
4- Motorino assetto fari
5- Massa
14- Massa
Nell’esempio di regolazione assetto fari elettrico di Fiat Grande Punto
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1 - motorino elettrico
2 - riflettore anabbagliante.
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19.4.
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PROIETTORI ANABBAGLIANTI A SCARICA DI GAS
Nelle vetture di ultima generazione, anche nei segmenti più bassi, si stanno affermando i fari a scarica di
gas.
Questa scelta deriva dalla necessità di migliorare le prestazioni degli attuali sistemi, basati sulle lampade
alogene, in termini di energia luminosa emessa, di distribuzione spettrale e di durata della lampada,
soprattutto quest’ ultimo aspetto non è proprio trascurabile visto che la legislazione odierna impone le luci
accese anche di giorno.
Nota: i fari a scarica di gas data la loro grande potenza interessano per ora solo le luci anabbaglianti
I vantaggi derivanti dallo sviluppo di questa tecnologia sono essenzialmente di tre tipi:
la maggiore efficienza luminosa consente una riduzione dell'assorbimento di energia elettrica a regime;
l'elevata emissione di flusso luminoso consente di ridurre le dimensioni del gruppo ottico (in particolare in
altezza) con una maggior libertà di design del frontale;
la durata risulta mediamente doppia rispetto ad una lampada alogene.
La tecnologia dei proiettori a scarica di gas ha comportato lo sviluppo di una serie di dispositivi che in sintesi
comprendono:
•
la lampada allo xeno;
•
l'ottica (superficie riflettente del proiettore);
•
l'elettronica di comando, composta da reattore (igniter) e centralina (ballast);
•
correzione di assetto del fascio luce automatica
Negli schemi sotto riportati si può notare la differenza tra il fascio luminoso prodotto da proiettori normali con
lampade alogene e quelli con lampade a scarica di gas.
Fascio luminoso (curva isolux) proiettore tradizionale
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Fascio luminoso (curva isolux) proiettore a scarica
Vediamo ora in dettaglio i componenti
Gruppo ottico completo
In ogni gruppo ottico sono integrati i componenti necessari al funzionamento della lampada a scarica
(lampada, reattore, centralina, motore controllo: sono inoltre presenti i componenti tradizionali (luci di
posizione, direzione, fendinebbia, abbagliante).
Sezione del proiettore in corrispondenza della lampada a scarica di gas
Esempio faro a scarica di gas di Alfa 147
1 - Lampada abbagliante
2 - Lampada posizione
3 - Lampada a scarica di gas
4 - Lampada fendinebbia
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lampada allo Xeno
La lampada allo Xeno è costituita da un ampolla contenente due elettrodi distanziati di alcuni millimetri, e
riempita di gas xeno a bassa pressione.
L'emissione di luce è provocata dall'accensione di un arco tra i due elettrodi che viene mantenuto durante il
funzionamento della lampada, tale processo è simile a quanto avviene nei tubi al neon per le applicazioni
civili.
A differenza di queste però, nell'applicazione automobilistica non è pensabile dover attendere per un tempo
dell'ordine dei minuti prima che il processo si stabilizzi, pertanto il gruppo ottico è dotato di un dispositivo
elettronico di controllo (centralina) che ne permette un funzionamento, per quanto riguarda i tempi di messa
a regime, paragonabile ai proiettori di tipo tradizionale.
Superficie riflettente
La lampada allo xeno richiede l'adozione di una nuova superficie riflettente, poiché il punto di emissione di
luce possiede forma e posizione differenti rispetto alla lampada alogena.
Il riflettore adottato è del tipo a superficie complessa, privo quindi della lente sferica.
Tale superficie riceve i raggi luminosi provenienti dalla lampada e li orienta opportunamente in modo da
fornire una corretta distribuzione del fascio luminoso.
Elettronica di pilotaggio
Ogni lampada è controllata da una elettronica di pilotaggio composta da due dispositivi:
la centralina di comando (ballast)
il reattore di accensione (igniter).
Il ballast ha la funzione di convertire la corrente continua a bassa tensione proveniente dalla batteria del
veicolo in corrente alternata a media tensione e di controllare la funzionalità del sottosistema stesso in loop
chiuso.
A tale scopo il ballast è in grado di controllare in modo ottimale la caratteristica tensione-corrente nella fase
di accensione ed è in grado di erogare alla lampada la potenza necessaria al funzionamento nelle condizioni
di regime.
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L'igniter viene comandato dal ballast ed è in grado di generare l'alta tensione (max 25 kV) necessaria
all'innesco dell'arco tra gli elettrodi.
Nota in alcune applicazioni il ballast del proiettore sinistro svolge la funzione di "MASTER': è quello infatti
che riceve i segnali dai sensori, li elabora per sé e li ritrasmette anche al ballast del proiettore destro
"SLAVE'.
Correttore assetto fari automatico
A causa della elevata luminosità emessa dalla lampada è necessario dotare il veicolo di un correttore di
assetto fari automatico che eviti l'abbagliamento dei veicoli che incrociano dovuto alle variazioni di assetto. Il
dispositivo interviene in alcune condizioni:
di tipo statico, dovute alla distribuzione del carico;
di tipo dinamico, dovute alle accelerazioni e decelerazioni.
Il correttore automatico garantisce inoltre un migliore comfort di guida, poiché la zona illuminata viene
mantenuta stabile e l'occhio non deve continuamente adattarsi alle variazioni di illuminazione.
Il dispositivo è composto da:
un attuatore passo-passo per ciascun proiettore.
due sensori di carico, collegati alle sospensioni anteriore e posteriore, lato destro.
Nell’esempio lo schema elettrico dell’impianto montato sull’Alfa 147
A, Proiettore MASTER
B, Proiettore SLAVE
Sa, Sensore anteriore
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Sb, Sensore posteriore
DIA, Presa di diagnosi
19.5.
Proiettori con lampade anabbaglianti / abbaglianti a scarica di gas
Questo tipo di proiettori denominato Bi-Xeno utilizza sia per gli anabbaglianti sia per gli abbaglianti, una
lampada con un’ampolla contenente gas allo Xeno.
Le caratteristiche di questo tipo di proiettori sono:
maggior efficienza luminosa
maggiore ampiezza e regolabilità del flusso luminoso
minor consumo a regime di funzionamento
maggior durata della lampada
A - Vista frontale
B - Vista posteriore
1 - Luce di posizione
2 - Luce anabbagliante/abbagliante
3 - Luce abbagliante *
4 - Luce di direzione
5 - Centralina per faro allo Xeno
6 - Connettore
*Nota: la lampada abbagliante è una lampada ausiliare e viene utilizzata per il lampo luci e come lampada
ausiliaria
Nota: tutto quanto descritto per i proiettori anabbaglianti a scarica di gas vale anche per quelli anabbaglianti
/ abbaglianti
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19.6.
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Luci Fendinebbia
Le luci fendinebbia possono essere integrate nei gruppi ottici anteriori oppure essere montate separate,
generalmente ubicate nella parte bassa del paraurti,
Luce fendinebbia non integrata nel gruppo ottico anteriore.
Le luci fendinebbia hanno generalmente le stesse caratteristiche focali delle luci abbaglianti quindi la
lampada è montata nel punto di fuoco del riflettore e genera un fascio luminoso sull’asse del riflettore,
generalmente vi è un dispositivo che limita la riflessione del fascio luminoso verso l’alto.
Nei fendinebbia non integrati è sempre presente una vite di regolazione dell'orientamento del fascio
luminoso
Nell’esempio faro fendinebbia di lancia Musa
1 - Corpo proiettore
2 - Vite di regolazione
La lampada impiegata per la luce fendinebbia è alogena del tipo H1, 12V-55W.
Luce fendinebbia integrata nel gruppo ottico anteriore
Nell’esempio gruppo ottico anteriore Alfa 147
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1 - Luce fendinebbia dotata di oscuratore Lampada Alogena H1 per funzione luci fendinebbia 12V-55W
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19.7.
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Gruppo ottico posteriore
Il gruppo ottico posteriore può essere realizzato in un pezzo unico, oppure può essere realizzato in due parti
definite parte fissa e parte mobile, a seconde dello stile dell’auto
Come nel caso del gruppo ottico anteriore esso può integrare diverse funzioni luminose quindi per fare degli
esempi posiamo avere:
gruppo ottico in un unico pezzo (monolitico) che integra le luci di posizione, luce di arresto,luce retromarcia
(generalmente il posteriore destro),luce di direzione,luce retronebbia.
Nell’esempio di faro posteriore Lancia musa
1- Luce di posizione /stop Lampada P21/5W a doppio filamento per funzione luci di posizione /stop 12V- 5W
/21W
2 - Luce di retromarcia Lampada P21W per funzione luci retromarcia 12V- 21W
3 - Luce di direzione Lampada PY21W con trasparente arancione per funzione luci direzione 12V- 21W
4 - Luce retronebbia Lampada P21W per funzione luci retronebbia 12V- 21W
In questo caso il gruppo ottico posteriore è costruito da un trasparente bicolore (rosso e trasparente); è
presente un distorsore ottico di forma tonda in corrispondenza delle luci posizione/stop e retronebbia.
gruppo ottico scomposto in parte fissa e parte mobile, che integra su parte fissa, la luce di posizione e luce
arresto incorporate di colore rosso,e luce direzione colore arancio, mentre sulla parte mobile la luce
retronebbia colore rosso (sx) e la luce retromarcia colore bianco (dx).
Nell’esempio gruppo ottico posteriore Alfa 147
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A - Luce di retromarcia Lampada 12V- 21W (solo lato destro)
B - Luce di direzione Lampada 12V- 21W
C - Luce di posizione Lampada 12V- 5W e arresto (stop) 12V- 21W (lampada bilux)
F - Luce retronebbia Lampada 12V- 21W (solo lato sinistro) fanalino dx
Trasparente fanale mobile (F)(A):
bianco (destro) retromarcia
rosso (sinistro) fendinebbia
Trasparente fanale fisso (B) (C):
bicolore arancio rosso
Fanale fisso
Nel caso dell’esempio il fanale è realizzato in materiale plastico colore rosso Alfa, é dotato di due camere
paraboliche riflettenti per le funzioni stop/ posizione e luce di direzione ed una camera non parabolica per
sede catadiotro. È dotato di portalampada di una guarnizione di tenuta; e la sede per tre prigionieri di
fissaggio in quanto il componente è fissato sulla fiancata.
Fanale mobile
Sempre nel caso dell’esempio il fanale è realizzato in materiale plastico di colore rosso Alfa, ed è dotato di
una camera riflettente parabolica per le funzioni retromarcia dx e retronebbia sx. è dotato della sede per il
porta lampada, guarnizione di tenuta e la sede per i tre prigionieri in quanto il componente è fissato
all'esterno del portellone.
Infine si stanno affermando dei gruppi ottici posteriori che al posto delle normali lampadine per le varie
funzioni vengono utilizzati dei LED, come nel caso dei gruppi ottici di Lancia Thesis.
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Questa particolare tecnologia ha il vantaggio di aumentare il periodo di utilizzo in quanto il LED ha una
durata maggiore delle normali lampadine ad incandescenza, d’altro canto i componenti sono molto più
costosi, complessi e di non facile riparabilità.
Nell’esempio gruppo ottico posteriore di Lancia Thesis
A - Vista anteriore
B - Vista posteriore
C - Schema elettrico
1 - Indicatore di direzione
2 - Luce di posizione e arresto
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19.8.
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Luce supplementare di arresto (terzo Stop)
La luce stop supplementare viene è realizzata con un fanale multilampade installato sulla parte alta del
portellone
Il guscio esterno è realizzato in materiale plastico,e contiene il portalampade realizzato in un unico pezzo
che è fissato a scatto sul corpo del fanalino. Le piste interne alimentano a circuito attivato 5 lampadine del
tipo tutto vetro 12V- 5W.
Nota in alcuni casi al posto delle normali lampadine vengono utilizzati dei LED
1 - Trasparente
2 - Ritegni
3- Lampada tutto vetro 12V- 5W
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19.9.
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Luci Targa
La luce targa è realizzata generalmente tramite due proiettori composti da involucro esterno in materiale
plastico che contiene il portalampada, il trasparente può essere rimovibile oppure formare un corpo unico
con il proiettore.
Le luci targa vengono generalmente posizionate sopra la targa e sono montate sul portellone o sul paraurti a
seconda del modello
Nell’esempio luce targa di Lancia Musa
1 - Trasparente
2 - Molletta
3 - Lampada tutto vetro 12V- 5W
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19.10. Luci
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di direzione
Le luci di direzione si dividono in:
luci di direzione anteriori
luci di direzione posteriori
luci di direzione laterali
Luce di direzione anteriore
La luce di direzione anteriore può essere integrata nel gruppo ottico anteriore oppure può essere singola, a
seconda delle esigenze stilistiche del modello come riportato negli esempi seguenti.
Luce di direzione singola
Luce dotata di involucro esterna, in materiale plastico riflettore interno lampada con schermo prismatico e
trasparente fumè anch’esso in materiale plastico il tutto fissato al paraurti con delle mollette di tenuta
Nell’esempio luce di direzione anteriore Alfa 147 montata nella parte bassa del paraurti
1 - Trasparente fumè superficie illuminata
2 - Griglia del paraurti
3 - Corpo
4 - Portalampade
5 - Guarnizione (O-ring)
6 - Lampada luce di direzione ant Lampadada 12v-21W
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7 – Molletta di aggancio
8 - Schermo prismato
9 - Tappo portalampade
Nell’esempio gruppo ottico che integra la luce di direzione Fiat Croma
3 - Luce direzione Lampada “PY21W” per funzione luci direzione 12V- 21W
Luce di direzione laterale
La luce laterale e costruita in materiale plastico di colore generalmente giallo,anche se possono a volte sono
bianche con lampadina arancione viene collocata di solito sul parafango,per questo il corpo è dotato di una
molletta di fissaggio.
Nell’esempio luce di direzione di Lancia Musa
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1 - Corpo grigio
2 - Trasparente arancio
3 - Lampada 12V- 5W
4 - Portalampada
luce di direzione posteriore
la luce di direzione posteriore è di norma integrata nel gruppo ottico posteriore
Nell’esempio luce di direzione posteriore Alfa 147
B - Luce di direzione Lampada 12V- 21W
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20.
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DISPOSITIVI AD AZIONAMENTO ELETTRICO
20.1.
ALZACRISTALLI
La centralina di
controllo
I comandi
I sensori
Il cablaggio
Le protezioni
L’ attuatore elettrico costituito da
un motorino motoriduttore
Le vetture moderne sono in larga maggioranza dotate di “alzavetri elettrici” che, tramite appositi pulsanti di
comando o, in alcuni casi tramite il telecomando bloccaporte, permettono di movimentare elettricamente i
cristalli delle porte laterali.
Gli elementi che generalmente costituiscono il sistema sono:
•
L’ attuatore elettrico costituito da un motorino motoriduttore
•
I comandi
•
I sensori
•
La centralina di controllo
•
Le protezioni
•
Il cablaggio
STRATEGIE DI FUNZIONAMENTO: Possono variare da modello a modello.
Come esempio vengono proposte le strategie adottate per il modello Lancia Lybra, che dispone di una
centralina servizi integrati, e una centralina alzavetri posteriori.
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Azionamento alzacristalli
anteriori
Azionamento alzacristalli
posteriori
Antipizzicamento
Apertura/chiusura
centralizzata
20.1.1.
AZIONAMENTO ALZACRISTALLI ANTERIORI
La centralina realizza l'azionamento degli alzacristalli anteriori in modo automatico, secondo la seguente
logica, che dipende dalla modalità di pressione del tasto relativo;
per il cristallo lato guida:
•
il funzionamento è manuale (il vetro sale/scende solo a tasto premuto) quando il tempo di pressione
sul tasto è compreso tra 60 e 300 millisecondi.
•
il funzionamento è invece automatico (il vetro continua a salire/scendere fino al finecorsa, anche se
viene rilasciato il tasto relativo) quando il tempo di pressione sul tasto è superiore ai 300
millisecondi.
•
una successiva pressione del tasto durante il movimento del vetro lo blocca istantaneamente
•
una pressione sul tasto inferiore a 60 millisecondi viene ignorata (è considerato un urto accidentale)
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per il cristallo lato passeggero:
•
il funzionamento in salita è solo manuale*
•
il funzionamento in discesa è uguale a quello del cristallo lato guida (automatico).
*In alcuni modelli di ultima generazione si può avere l’automatismo del vetro a patto che ci sia il sistema
antipizzicamento e si agisca sul pulsante situato sulla porta lato passeggero.
Entrambi i cristalli sono azionati solo con chiave su MAR.
E' possibile tuttavia l'azionamento dei cristalli anteriori, tramite i comandi posti sulla porta lato guida, anche a
chiave disinserita (o su STOP), fino a quando non viene aperta una delle porte anteriori, e comunque entro
5 minuti da quanto la chiave è stata posta su STOP.
La centralina elettronica realizza anche una serie di controlli di sicurezza.
L'arresto degli alzacristalli (disinserimento dell'alimentazione elettrica del motore) viene determinato dal
raggiungimento del fine corsa superiore o inferiore del vetro, oppure se un ostacolo si frappone bloccando il
vetro stesso.
Ciò è regolato attraverso il controllo della corrente del motore.
Anche in presenza di malfunzionamenti sui circuiti elettrici, la centralina disinserisce momentaneamente il
sistema, per esempio in caso di:
•
interruzione dei segnali di comando dei motori oppure corrente assorbita inferiore ai valori usuali
•
anomalia sui pulsanti di comando (cortocircuito, o tasti rimasti bloccati premuti)
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20.1.2.
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AZIONAMENTO ALZACRISTALLI POSTERIORI
La centralina comanda il funzionamento dei due cristalli posteriori azionati dal relativo pulsante sulla porta
oppure da quello posto anteriormente sulla porta del guidatore.
Per motivi di sicurezza è prevista anche la possibilità di esclusione del comando degli alzacristalli posteriori,
tramite un pulsante di blocco, posto anch'esso sulla porta del guidatore..
La centralina realizza l'azionamento degli alzacristalli posteriori in modo automatico, secondo la seguente
logica, che dipende dalla modalità di pressione del tasto relativo.
per l’ apertura dei cristalli:
•
il funzionamento è manuale (il vetro sale/scende solo a tasto premuto) quando il tempo di pressione
sul tasto è compreso tra 60 e 300 millisecondi.
•
il funzionamento è invece automatico (il vetro continua a salire/scendere fino al finecorsa, anche se
viene rilasciato il tasto relativo) quando il tempo di pressione sul tasto è superiore ai 300
millisecondi.
•
una successiva pressione del tasto durante il movimento del vetro lo blocca istantaneamente
•
una pressione sul tasto inferiore a 60 millisecondi viene ignorata (è considerato un urto accidentale)
per la chiusura dei cristalli:
•
il funzionamento è solo manuale *
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*In alcuni modelli di ultima generazione si può avere l’automatismo del vetro a patto che ci sia il sistema
antipizzicamento e si agisca sul pulsante situato sulla porta posteriore destra o sinistra.
I cristalli sono azionati solo con chiave su MAR., ad eccezione del comando centralizzato di tutti i cristalli,
realizzato dalla centralina servizi integrati.
La centralina elettronica realizza anche una serie di controlli di sicurezza.
L'arresto degli alzacristalli (disinserimento dell'alimentazione elettrica del motore) viene determinato dal
raggiungimento del fine corsa superiore o inferiore del vetro, oppure se un ostacolo si frappone bloccando il
vetro stesso.
Ciò è regolato attraverso il controllo della corrente del motore.
Anche in presenza di malfunzionamenti sui circuiti elettrici, la centralina disinserisce momentaneamente il
sistema, per esempio in caso di:
•
interruzione dei segnali di comando dei motori oppure corrente assorbita inferiore ai valori usuali
•
anomalia sui pulsanti di comando (cortocircuito, o tasti rimasti bloccati premuti)
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20.2.
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AVVISATORI ACUSTICI
Le vetture moderne generalmente sono dotate di un impianto di avviso sonoro composto da un avvisatore
acustico “monotonale”oppure da due avvisatori acustici,di diversa tonalità: uno di tono alto ed uno di tono
basso.L’azionamento degli avvisatori acustici avviene premendo le zone laterali della copertura del volante
(attorno all’Air Bag) oppure premendo direttamente al centro del cover dell’Air Bag.Il circuito degli avvisatori
acustici è protetto da uno specifico fusibile e comandato da uno specifico teleruttore, posti generalmente
nella centralina vano motore.
Per ragioni di sicurezza, gli avvisatori acustici sono azionabili in
qualsiasi momento, anche a chiave su STOP (o disinserita)
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21. SISTEMI DI AVVIAMENTO,RICARICA E RAFFREDDAMENTO MOTORE
21.1.1.
AVVIAMENTO MOTORE
L'impianto di avviamento del motore termico di una vettura nella stragrande maggioranza dei casi è
composto da:
•
Commutatore di accensione comandato da una chiave meccanica
•
Motorino di avviamento collegato direttamente alla batteria.
Il commutatore di accensione/avviamento con bloccasterzo è un componente che svolge la sua funzione di
alimentare alcuni circuiti elettrici, tramite l'inserimento di una chiave meccanica che può essere dotata o
meno di codice di identificazione elettronico.
I circuiti in questione sono per esempio:
•
il sistema accensione/iniezione
•
l'avviamento del motore termico
•
i servizi alimentati sotto chiave
In figura viene proposto un commutatore di accensione di una vettura ALFA ROMEO
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Legenda
1 - Commutatore di accensione
2 - Chiave di accensione
3 - Blocchetto elettrico
a – INT (positivi sotto chiave)
b - INT/A (positivi sotto chiave)
c – POS (posizioni)
d – PARK (parcheggio)
e – 50 (avviamento)
f – 30 (diretto di batteria)
g - 15/54 (positivi sotto chiave)
Legenda parti costitutive di un motorino di moderna concezione
1 - Pignone con ruota libera
2 - Riduttore epicicloidale
3 - Magneti permanenti induttore
4 - Carcassa polare completa
5 - Indotto o rotore
6 - Spazzole
7 - Collettore
8 - Supporto lato collettore
9 - Teleruttore di innesto
10 - Leva
11 - Supporto lato comando
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A titolo di esempio riportiamo un impianto elettrico di accensione motore, dove si può notare che il
motorino di accensione riceve l’alimentazione di potenza direttamente dalla batteria ed è collegato in
parallelo con l’alternatore.
Legenda
1 - Batteria
2 - Motorino avviamento
3 - Alternatore
4 - Body computer
5 - Commutatore di accensione
6 - Centralina vano motore (CVM)
7 - Centralina sottoplancia (CPL)
Si può altresì notare che il motorino di avviamento riceve dal commutatore di accensione il +50 ed è
collegato direttamente a massa con il corpo del motorino stesso
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21.1.2.
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CIRCUITO DI RICARICA
Il circuito di ricarica è costituito principalmente da:
1.
2.
3.
4.
•
Alternatore
•
Batteria
Rotore
Statore
Regolatore
Ponte raddrizzatore
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L'alternatore, o generatore elettrico, ha il compito di erogare energia per l'alimentazione degli utilizzatori di
bordo, nonché per la ricarica della batteria servizi.
L'alternatore deve possedere i seguenti requisiti:
•
Alimentare l'impianto di bordo con tensione continua;
•
Caricare la batteria anche in condizioni di utilizzatori inseriti e con il motore al minimo;
•
Generare una tensione costante per tutto il campo di giri del motore e indipendentemente dalla
corrente erogata;
•
Struttura robusta e resistente alle diverse sollecitazioni causate da: vibrazioni, sbalzi di temperatura,
imbrattamento, umidità, carburante e lubrificanti;
•
Peso e ingombro minimo;
•
Funzionamento silenzioso;
•
Lunga durata
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: l’alternatore, macchina elettrica sincrona, è un generatore di corrente
alternata trifase basato sul principio dell’induzione magnetica. Per tale principio, in un conduttore avvolto a
spirale che ruota all’interno di un campo magnetico si produce una tensione elettrica indotta; se la
rotazione è uniforme allora la tensione indotta avrà un andamento sinusoidale.
Tale tensione indotta aumenta al crescere del campo magnetico e della velocità di rotazione.
Nell'alternatore il campo magnetico viene generato dalla rotazione dell'induttore attraversato dalla corrente
d'eccitazione.La densità del campo magnetico dipende dal numero di spire dell’avvolgimento di campo,
dall'intensità della corrente in questo avvolgimento (corrente d’eccitazione) e viene intensificata dalla
presenza di un nucleo di ferro dolce magnetizzabile.Variando la corrente d'eccitazione è possibile variare il
campo magnetico ed indirettamente anche l'intensità della corrente indotta.Appena la corrente continua
d'eccitazione scorre attraverso l'avvolgimento rotorico si crea un campo magnetico e se il rotore gira si
induce una tensione alternata trifase negli avvolgimenti dello statore.Tale tensione non è adatta per caricare
una batteria e per alimentare gli utilizzatori di bordo per cui viene raddrizzata da un ponte diodi.L'alternatore
lavora in autoeccitazione in quanto la corrente d'eccitazione, inizialmente prelevata dalla batteria (corrente di
preeccitazione, limitata dalla lampada spia generatore), viene in seguito derivata dal circuito trifase e, previo
raddrizzamento, indirizzata al rotore.In altre famiglie di alternatori, come i ventilati interni con regolatore
multifunzione, la corrente di preeccitazione viene prelevata direttamente dalla batteria senza attraversare il
circuito formato dal commutatore di accensione e lampada spia. In questi alternatori un capo
dell'avvolgimento di eccitazione è direttamente collegato alla batteria (B+) tramite la spazzola positiva.
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La batteria è un contenitore di energia elettrochimica che serve principalmente a fornire l’energia elettrica al
motore di avviamento per permetterne il trascinamento ai fini dell’accensione, a quei servocomandi ed
utilizzatori che possono essere attivati anche con motore fermo e a tutti quei dispositivi che hanno un
consumo permanente (es. orologio, bloccaporte, antifurto ecc.).
L’energia consumata viene ripristinata tramite il sistema di ricarica (alternatore/regolatore).
La batteria fa parte del sistema di avviamento e ricarica ed il suo dimensionamento è strettamente correlato
alle caratteristiche elettriche del motore di avviamento; mentre la sua capacità, e i carichi degli utilizzatori
presenti sul veicolo, sono determinanti ai fini della scelta dell’alternatore cui essa è collegata in parallelo.
Nota: nel caso sia necessario scollegare la batteria, si deve tener presente che dopo aver posto la chiave di
accensione sulla posizione stop, è sempre consigliabile attendere qualche minuto al fine di permettere alle
centraline interessate di eseguire il powerlatch o, nel caso si sia in presenza di reti di comunicazione CAN
oppure VAN, si dia il tempo necessario alla messa in stand-by dei componenti delle suddette reti.
DESCRIZIONE: la batteria è un generatore elettrochimico secondario, detto comunemente accumulatore,
capace di assorbire energia elettrica durante il periodo di carica e di erogare energia elettrica durante il
periodo di scarica. Questa energia viene accumulata/liberata da particolari reazioni di ossidoriduzioni che
avvengono agli elettrodi.
Vengono comunemente chiamate “batterie per avviamento” gli accumulatori al piombo che trovano la loro
principale applicazione sugli autoveicoli per i servizi combinati di avviamento dei motori a combustione
interna, per l’illuminazione e i servizi ausiliari.
Essi devono essere progettati e costruiti per assolvere questi compiti che comportano:
erogazioni di elevate intensità di corrente;
resistenza meccanica agli urti e alle vibrazioni;
funzionamento in un campo di temperature compreso tra –25°C e +55°C.
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Sistema di controllo
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Tappo
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Poli (terminali)
Elementi
Contenitore
Elettrolito
Materia attiva
Elettrodi
Piastra
Griglie
Separator
i
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22. RAFFREDDAMENTO MOTORE
GESTIONE ELETTROVENTOLA RADIATORE
Si porta ad esempio l’impianto di raffreddamento di una Nuova Fiat 500.
Il Nodo Controllo Motore controlla direttamente il funzionamento dell'elettroventola del radiatore in funzione
della temperatura del liquido refrigerante motore e dell'inserimento dell'impianto di climatizzazione.
L'elettroventola s’inserisce quando la temperatura supera i 97 °C (1a velocità) ed i 101 °C (2a velocità).
Il disinserimento avviene con un’isteresi di 3 °C inferiori alla soglia di inserimento (valori indicativi variabili
per i vari modelli ed in base a prove sperimentali).
Le funzioni d’alta e bassa velocità sono gestite dall'intervento di specifici teleruttori posti nella centralina di
derivazione vano motore e comandati dal Nodo Controllo Motore.
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RETE DEI SEGNALI
La rete dei segnali costituisce quella parte di impianto che si occupa del controllo. Nella maggior parte dei
casi questo controllo è gestito da unità elettroniche.
Le grandezze elettriche che questa parte di impianto utilizza sono di gran lunga più piccole di quelle trattate
dalla parte di potenza quindi non è pensabile utilizzare parti comuni di impianto.
I componenti principali di questa rete (sensori) sono controllati direttamente dalle varie unità elettroniche sia
come alimentazione che come massa che come segnale di uscita.
E’ infatti abbastanza normale avere un sensore con connettore a tre poli.
DIFFERENZE:
Una delle differenze sostanziali di questa rete rispetto a quella di potenza è nella gestione del riferimento di
tensione (massa).
Viste le problematiche sui tipi di segnali gestiti da questa rete non è possibile pensare di riferire le tensioni di
misura dei segnali alla massa generale del veicolo.
I riferimenti di tensione dei sensori (masse) saranno quindi trattati direttamente dalle unità elettroniche
Qualora più sensori abbiano un punto di riferimento comune questo sarà comunque gestito direttamente
dalla centralina che acquisisce il segnale da tali sensori.
Non è possibile infatti che due unità elettroniche diverse acquisiscano segnali da sensori che abbiano il
punto di riferimento di tensione in comune.
Nella figura sotto riportata si nota che alcuni sensori hanno un punto di riferimento comune ma sono gestiti
dalla stessa unità elettronica.
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Schema di collegamento errato dei punti di massa dei sensori.
ESEMPIO:
Notare nell’esempio sopra riportato come lo schema rispetta sempre la topografia di base cioè:
•
ingressi (sensori) e comandi nella parte alta
•
uscite (attuatori) nella parte bassa
Inoltre notare come tutti i sensori hanno i cablaggi provenienti direttamente dalla centralina elettronica, al
massimo hanno un punto di massa comune ma che fa sempre capo ad un pin della centralina.
Mentre gli attuatori (ad esempio gli elettroiniettori) hanno solo il cablaggio di comando in centralina e un
punto di massa comune sul veicolo.
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TIPI DI SEGNALE:
Le unità elettroniche che sono collegate a questa rete fanno uso di vari tipi di segnale per acquisire dati dai
vari sensori e per dare i comandi agli attuatori. Una prima differenziazione può essere la seguente:
•
segnali continui
•
segnali alternati
Per segnali continui si intendono quei segnali di tensione o di corrente che sono costanti o variano molto
lentamente nel tempo. Un esempio può essere il segnale proveniente da un sensore di temperatura che
varia la sua resistenza al variare della temperatura.
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Per segnali alternati si intendono quei segnali che variano più o meno velocemente nel tempo. Ad esempio il
segnale proveniente dal sensore numero giri motore oppure il segnale in PWM che comanda un motorino
passo passo.
Segnale sensore giri
motore
Segnale comando regolatore
di pressione per motore con
iniezione Common Rail
CARATTERISTICHE COMUNI:
I segnali che viaggiano su questa rete hanno in comune il fatto che sono molto suscettibili ai disturbi esterni.
Infatti l’unità elettronica che riceve o che emette uno di questi segnali difficilmente ha modo di controllarne
l’assenza di sovrapposizioni con altri segnali indesiderati.
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23. LOGICHE DI FUNZIONAMENTO DELL’IMPIANTO ELETTRICO
23.1.1.
UTILIZZATORI ESCLUSI IN AVVIAMENTO
Al fine di disporre, in fase di avviamento, della maggior potenza elettrica disponibile, occorre escludere
quegli utilizzatori che presentano un notevole consumo e che funzionalmente possono essere interrotti:
•
lunotto termico
•
specchi riscaldati
•
ventilazione interna
•
impianto di tergitura
•
accendisigari / presa di corrente
•
sedili riscaldati
•
luci anabbaglianti / abbaglianti
L’esclusione può essere ottenuta sia tramite un collegamento all’uscita INT/A del commutatore di
accensione, sia tramite un controllo più complesso.
A tal proposito può verificarsi che l’esclusione sia già contemplata nel software di gestione dei sistemi
elettronici.
23.1.2.
ALIMENTAZIONE DIRETTA DA BATTERIA
I seguenti utilizzatori devono essere alimentati direttamente da batteria per ragioni funzionali o per norma
legislativa:
•
luci plafoniere, porte, baule
•
luci di emergenza
•
sirena antifurto
•
luci di stazionamento (fuori chiave)
•
chiusura centralizzata porte
•
orologio
•
autoradio
•
immobilizer
Per gli utilizzatori che richiedono energia in stand-by a chiave estratta la somma dei loro consumi non deve
superare i 0,6 mA/Ah di capacità batteria.
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23.1.3.
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INSERZIONE UNIVOCA DEGLI UTILIZZATORI
Ogni utilizzatore presente nell’impianto deve avere una corretta ed univoca logica di attivazione al fine di
evitare attivazioni provocate da:
•
qualunque comando preposto ad altra azione
•
bruciatura di un fusibile
•
distacco di un punto di massa
Particolare attenzione meritano i circuiti con attivazione verso massa di due o più utilizzatori (tipicamente
bobine di relè, lampadine di bassa potenza). A volte in questi casi è necessario prevedere comandi a doppio
contatto oppure diodi in serie.
ESEMPIO:
Nel caso di rottura del fusibile F1 con gli interruttori I1 chiuso ed I2 aperto si ha il
passaggio di corrente indesiderato indicato in figura che potrebbe causare l’attivazione
degli utilizzatori U2 ed U3.
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SOLUZIONE (A):
Nel caso di rottura del punto di massa centrale e di interruttori I1 aperto e I2 chiuso si ha il passaggio di
corrente indicato in figura.
SOLUZIONE (B):
La soluzione con l’interruttore I1 a doppio contatto risolve il problema ma è molto costosa.
SOLUZIONE (C):
Un’altra soluzione è quella di utilizzare i diodi come controllo del verso della corrente.
NOTA:
Durante le procedure di riparazione e sostituzione riguardanti cablaggi e/o connettori dell’impianto elettrico
prestare molta attenzione a non ricadere nei casi anomali sopra esposti per evitare dei comportamenti
difficilmente diagnosticabili dell’impianto stesso.
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24. TECNICA DEI MODERNI IMPIANTI ELETTRICI CON RETI CAN
Come si è avuto modo di osservare gli impianti elettrici tradizionali degli autoveicoli hanno bisogno di una
rete di cablaggi molto complessa.
Con l’evolversi dei veicoli e dei sistemi di bordo questa rete di cavi ha raggiunto dei limiti sotto molti punti di
vista:
•
problemi di peso
•
problemi di ingombro per il passaggio di grossi fasci di cavi.
•
problemi di ricerca guasti
Tutto ciò iniziava a limitare lo sviluppo di sistemi più avanzati e complessi.
SOLUZIONE MULTIPLEX:
Una delle tecniche moderne volta a semplificare il cablaggio di un impianto è quella dell’utilizzo di sistemi
MULTIPLEX.
Con un sistema MULTIPLEX si supera abbondantemente il problema del numero dei conduttori in quanto
molte delle funzioni dell’impianto condividono gli stessi conduttori fisici.
SVANTAGGI:
Naturalmente la riduzione dei cavi va a scapito della complessità elettronica dello schema. Con questa
tecnica infatti si aumenta il numero di centraline e si rende alquanto difficoltosa la lettura funzionale degli
schemi.
Infatti non è raro trovare centraline elettroniche che svolgono compiti molto diversi tra loro. Ad esempio il
“Nodo Elettronico Posteriore” (NEP) si occupa sia della fanaleria che del livello carburante. Mentre il “Nodo
Elettronico Anteriore” (NEA) si occupa sia dei fari che dei sensori di temperatura.
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Confronto funzionale tra impianto tradizionale e impianto con rete CAN.
1.
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3.
4.
5.
6.
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8.
9.
10.
A. DEVIOGUIDA
B. CAMBIO
C. PEDALE FRENO
D. FANALE POSTERIORE DESTRO
E. CENTRALINA
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FRECCIA DESTRA
LUCE POSIZIONE
RETRONEBBIA
RETROMARCIA
INTERRUTTORE STOP
FRECCIA DESTRA
LUCE POSIZIONE
LUCE RETRONEBBIA
LUCE RETROMARCIA
LUCE STOP
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VANTAGGI:
Oltre la forte riduzione dei cablaggi necessari un altro sostanziale vantaggio di questo sistema è la riduzione
di potenza elettrica sparsa su molti conduttori.
Con il sistema multiplex infatti le centraline sono molto vicine agli utilizzatori (ad esempio le lampade) quindi
basterà alimentare una sola centralina per poter far funzionare molti carichi.
Estratto di schema elettrico della rete CAN della Fiat Stilo
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Lista dei componenti dello schema elettrico
I nodi collegati con il Body Computer M1 tramite la rete ad alta velocità C-CAN sono:
•
centralina guida elettrica M86;-
•
centralina controllo motore M10;
•
centralina ABS M50;
•
centralina Cruise Control adattativo M87;
•
centralina cambio robotizzato M54;
•
unità sensore sterzo K58 (solo cambio robotizzato).
I nodi collegati con il Body Computer M1 tramite la rete a bassa velocità B-CAN sono:
•
centralina sottoplancia B2;
•
quadro strumenti E50
•
centraline di comando porta lato guida M66, porta lato passeggero M67;
•
centralina vano baule M63;
•
centralina Passive Entry M64;
•
centralina bloccasterzo M89;
•
comandi radio sul volante D47;
•
gruppo radio-telefono-navigatore integrato P20;
•
centralina sensori di parcheggio M84;
•
centralina climatizzazione M70, (oppure centralina riscaldatore addizionale M75)
•
centralina centraline di comando sedile lato guida H66 e sedile lato passeggero H67
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25. VERIFICHE ELEMENTARI DELL’IMPIANTO ELETTRICO
VERIFICHE DI CONTINUITA’:
La verifica più elementare per verificare il corretto funzionamento di una rete elettrica è quella di controllare
la continuità elettrica dei suoi conduttori.
Naturalmente l’impianto reale del veicolo non si presenta così come è rappresentato sulla carta quindi per
verificare un collegamento sospetto di malfunzionamento bisogna prima studiare la posizione dei cablaggi.
VERIFICHE DI TENSIONE E DI CORRENTE:
Per eseguire le verifiche di tensione e di corrente è necessario conoscere il corretto funzionamento delle
varie parti dell’impianto.
VERIFICHE DI CORTO CIRCUITO:
Il corto circuito è tradizionalmente la principale fonte di guasti in un impianto elettrico. Anche se quasi tutti i
componenti dell’impianto elettrico sono protetti da fusibile a volte questo non basta per individuare la fonte
del problema.
VERIFICA DI COMPONENTI (LAMPADE, FUSIBILI, ECC.)
I componenti dell’impianto elettrico quando sono passivi possono essere verificati al di fuori dell’impianto. Ad
esempio le lampade o i teleruttori.
Quando però si ha un elemento attivo come un sensore ad effetto Hall o come un motorino elettrico passo
passo comandato in PWM questa verifica è possibile solo lasciandolo inserito nell’impianto.
APPLICAZIONI:
Riportiamo come esempio l’esecuzione di una verifica di continuità su un impianto e le norme FIAT per le
misure di assorbimento di corrente e di cortocircuito.
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VERIFICHE DI CONTINUITA’ DELL’IMPIANTO ALZACRISTALLI ANTERIORI
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INTRODUZIONE:
Si considera, a titolo di esempio, lo schema elettrico di alzacristalli anteriori montato sulla Alfa 156.
Prima di tutto è necessario prendere visione dello schema elettrico e della disposizione dei componenti a
bordo vettura.
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CONTROLLO:
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Supponiamo di voler controllare la continuità elettrica dei cavi che collegano la centralina elettronica (M40) e
il pulsante di comando del cristallo sinistro posizionato sulla porta lato conducente.
COMPONENTI INTERESSATI:
•
Connettore A della centralina M40.
•
Giunzione D30.
•
Connettori dei pulsanti sulla portiera.
Dettaglio dei cablaggi da controllare.
CONTROLLO:
Dopo aver preso visione dei componenti interessati si può procedere al controllo della continuità elettrica dei
cablaggi utilizzando un multimetro configurato per misure di continuità.
L’identificazione dei pin su cui eseguire i test è resa immediata dalle rappresentazioni dei connettori riportate
nelle pagine seguenti.
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Connettore A della centralina servizi integrati M40.
Connettore D30 (lato centralina M40)
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Connettore D30 (lato pulsanti e motore elettrico)
Connettore del pulsante H40.
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25.1.
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VERIFICHE DI ASSORBIMENTO DI CORRENTE
SPECIFICHE:
Si riportano alcuni valori di assorbimento di corrente previsti dalla normativa FIAT per la vettura tipo 936
(Alfa 166).
Corrente (A)
ELEMENTO
Min
Max
0
0.6 mA/Ah
Plafoniera anteriore destra
0.4
1.1
Plafoniera anteriore sinistra
0.4
1.1
Totale luci cortesia porta anteriore sx
2
5
Totale luci cortesia porta anteriore dx, porte post. sx e dx
1
6
Luci anabbaglianti (alogene)
7
11
Luci anabbaglianti (scarica di gas)
5
9
Luci abbaglianti (rispetto agli anabbaglianti)
7
11
Luci fendinebbia
7
11
Luci retronebbia
2.4
5
Assorbimento a vuoto
Corrente (A)
ELEMENTO
Min
Max
Luci stop + 3° stop
4.5
6.5
Luci retromarcia
2.4
5
Ventilatore abitacolo
14
34
Luci di direzione (per ogni lato)
2
4.2
Tetto elettrico
1
5
Movimentazione sedili sx e dx solo in avanti
1
10
NOTA:
I valori sopra riportati possono essere utilizzati per controllare l’impianto elettrico dal punto di vista del
cablaggio e per diagnosticare eventuali perdite di corrente dovute ad esempio a punti di massa non
perfettamente efficienti.
Attenzione:
i controlli di assorbimento di corrente vanno eseguiti dopo aver verificato che gli utilizzatori facenti parte del
sottosistema in esame siano in perfetta efficienza.
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PROCEDURA:
La corretta procedura che consente il controllo dell’assorbimento di corrente deve seguire la stessa strada di
quella per la verifica della continuità elettrica già esposta, cioè:
identificazione del sottosistema
•
ricerca dello schema elettrico funzionale e di quello topografico di montaggio
•
identificazione dei cablaggi e connettori coinvolti
•
ricerca delle loro schede dai rispettivi manuali
•
esecuzione della prova
MISURA DELL’ASSORBIMENTO DI CORRENTE (NORMA):
L’assorbimento di corrente dei carichi elettrici presenti sul veicolo è definito dai seguenti parametri elettrici:
corrente totale assorbita a vuoto:
è misurata in condizioni di totale disinserimento di tutti gli utilizzatori.
corrente massima assorbita:
è misurata in condizioni di inserimento contemporaneo di tutti gli utilizzatori dipendenti dal medesimo
fusibile.
corrente assorbita da un utilizzatore:
è misurata in condizioni di inserimento di un singolo utilizzatore.
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26. VERIFICHE DI CORTO CIRCUITO
MISURA DELLA CORRENTE DI CORTOCIRCUITO (NORMA):
Per verificare la presenza di un cortocircuito bisogna supporre due condizioni distinte:
•
cortocircuito ai capi dell’utilizzatore (in caso di anomalia tra cavo di alimentazione e cavo di massa
in prossimità del connettore).
•
cortocircuito verso massa scocca (in caso di contatto tra cavo di alimentazione e massa scocca).
Nel primo caso il fusibile assicura una adeguata protezione del cablaggio. Nel secondo caso può anche
succedere che il fusibile non intervenga in tempo utile per proteggere il cablaggio (punto di corto circuito
troppo vicino al fusibile).
NOTA:
Nel caso sopra citato di corto circuito troppo vicino al fusibile si potrebbe verificare il danneggiamento del
cavo stesso in quanto la protezione potrebbe non intervenire in tempo utile.
In questi casi è assolutamente sbagliato sostituire il cavo con uno di sezione maggiore oppure inserire un
fusibile con un valore di corrente nominale inferiore per non compromettere la corretta protezione di altre
parti dell’impianto.
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27. INTERVENTI RIPARATIVI SULL’IMPIANTO
PREMESSA:
Nel caso di interventi mirati alla riparazione di un guasto all’impianto elettrico accertarsi, prima di intervenire,
delle norme di sicurezza.
Inoltre, nel caso di interventi mirati alla sostituzione di parti di cablaggio e/o di connettori fare sempre
riferimento a quanto riportato nei manuali di assistenza tecnica circa:
•
dimensioni dei cavi in relazione ai carichi di corrente
•
eventuali particolarità di isolamento dei cavi per particolari condizioni ambientali di esercizio.
•
tipologia dei connettori in relazione alla funzione svolta.
CRITICITA’:
In ogni caso evitare la sostituzione di cavi e/o di connettori con altri aventi differenti specifiche perché le
protezioni impiegate sono dimensionate sulla base dei cavi stessi.
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